RU2014681C1 - Adaptive array - Google Patents

Adaptive array Download PDF

Info

Publication number
RU2014681C1
RU2014681C1 SU4922143A RU2014681C1 RU 2014681 C1 RU2014681 C1 RU 2014681C1 SU 4922143 A SU4922143 A SU 4922143A RU 2014681 C1 RU2014681 C1 RU 2014681C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
unit
inputs
outputs
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Л.А. Марчук
В.Ф. Олейник
В.П. Постюшков
А.Г. Поперешняк
С.М. Третьяков
В.В. Фаттахов
Original Assignee
Военная академия связи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военная академия связи filed Critical Военная академия связи
Priority to SU4922143 priority Critical patent/RU2014681C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2014681C1 publication Critical patent/RU2014681C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio communication systems. SUBSTANCE: adaptive array has N aerial elements, N hybrid units, N weight multipliers, common adder, unit of estimation of signal power, unit of estimation of noise power, comparator, control unit, first multiplier, 2N adaptive circuits, 2N second subtracters, unit of vector multiplication, unit of dividers, unit of matrix multiplication, adder. EFFECT: improved efficiency under conditions of complex noises. 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации и радионавигации, функционирующих в сложной помеховой обстановке. The invention relates to radio engineering and can be used in radio communication systems, radar and radio navigation, operating in a complex jamming environment.

Известны адаптивные антенные решетки (ААР), используемые в радиосвязи, радиолокации и радионавигации. Adaptive antenna arrays (AAR) are known for use in radio communications, radiolocation and radio navigation.

ААР, конструкция которой приводится в ТИИЭР, 1967, т.55, N 12, с.78-95, реализует алгоритм минимизации среднеквадратического отключения принимаемого сигнала от эталонного. AAR, the design of which is given in TIIER, 1967, t.55, N 12, p.78-95, implements an algorithm to minimize the mean square disconnection of the received signal from the reference.

Для работы алгоритма в устройстве необходимо формировать эталонный сигнал. Это возможно при наличии априорной информации о полезном сигнале. А поскольку такая информация никогда не является полной, так как терялся бы смысл в передаче полезного сигнала, то эталонный сигнал может значительно отличаться от полезного, что вызывает снижение помехозащищенности ААР. Кроме того, время сходимости в значительной степени зависит от обусловленности корреляционной матрицы входных сигналов и может составлять значительную величину. For the algorithm to work in the device, it is necessary to form a reference signal. This is possible if there is a priori information about the useful signal. And since such information is never complete, since the meaning in the transmission of the useful signal would be lost, the reference signal may significantly differ from the useful one, which causes a decrease in the noise immunity of AAR. In addition, the convergence time largely depends on the conditionality of the correlation matrix of the input signals and can be significant.

ААР, конструкция которой описана в журнале "IEEE Trans Antennas and Propag", vol. AP-26, 1978 N 2 р.228--235, реализует алгоритм минимизации выходной мощности и обладает сравнительно хорошими характеристиками по помехозащищенности. Однако в том случае, когда помеха отсутствует или ее мощность меньше мощности полезного сигнала, то вследствие минимизации полной выходной мощности может произойти и подавление полезного сигнала. Кроме того, время адаптации может составлять довольно большую величину при плохой обусловленности корреляционной матрицы входных сигналов. AAP, the construction of which is described in the journal IEEE Trans Antennas and Propag, vol. AP-26, 1978 N 2 p. 228-235, implements an algorithm for minimizing the output power and has relatively good noise immunity characteristics. However, in the case when there is no interference or its power is less than the power of the useful signal, the useful signal can be suppressed due to minimization of the total output power. In addition, the adaptation time can be quite large with poor conditionality of the correlation matrix of input signals.

Из известных ААР наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является решетка, описанная в авт.св. СССР N 1548820. Это устройство содержит N антенных элементов, соединенных через гибридные устройства, и весомые умножители с соответствующими входами общего сумматора, первого умножителя и 2N адаптивных контуров, каждый из которых состоит из интегратора, коммутатора, усилители, регулируемого инвертирующего усилителя, блока вычитания, второго умножителя и коррелятора, причем первый и второй входы коррелятора соединены соответственно с выходом гибридного устройства и выходом общего сумматора, а выход коррелятора соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого умножителя, а выход блока вычитания подключен к входам усилителя и регулируемого инвертирующего усилителя, выходы которых подключены к входам коммутатора, выход которого через интегратор соединен с вторым входом весового умножителя и с первым входом второго умножителя, а второй вход второго умножителя соединен с выходом первого умножителя, первый и второй входы которого объединены с выходом общего сумматора и вторым входом коррелятора, а также блок оценки мощности сигнала, блок оценки мощности помех, блок сравнения и блок управления, причем входы блоков оценки мощности сигнала и мощности помех подключены к выходу общего сумматора, а выходы подключены к входам блока сравнения, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, выход блока управления подключен к управляющим входам регулируемых инвертирующих усилителей, а выход соединен с выходом блока оценки мощности помех. Of the known AAPs, the lattice described in ed. USSR N 1548820. This device contains N antenna elements connected through hybrid devices, and weighted multipliers with the corresponding inputs of the common adder, the first multiplier and 2N adaptive circuits, each of which consists of an integrator, switch, amplifiers, adjustable inverting amplifier, subtraction unit, the second multiplier and the correlator, the first and second inputs of the correlator are connected respectively to the output of the hybrid device and the output of the common adder, and the output of the correlator is connected to the first input of the block and subtraction, the second input of which is connected to the output of the first multiplier, and the output of the subtraction unit is connected to the inputs of the amplifier and an adjustable inverting amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of the switch, the output of which through the integrator is connected to the second input of the weight multiplier and to the first input of the second multiplier, and the second input of the second multiplier is connected to the output of the first multiplier, the first and second inputs of which are combined with the output of the common adder and the second input of the correlator, as well as a signal power estimation unit, bl ok estimates the interference power, the comparison unit and the control unit, and the inputs of the units for evaluating the signal power and interference power are connected to the output of the common adder, and the outputs are connected to the inputs of the comparison unit, the output of which is connected to the control inputs of the switches, the output of the control unit is connected to the control inputs of the adjustable inverting amplifiers, and the output is connected to the output of the interference power estimation unit.

В зависимости от сигнально-помеховой обстановки устройство работает по методу минимизации или максимизации выходной мощности, что предотвращает подавление полезного сигнала и повышает помехозащищенность решетки. Однако, хотя величина коэффициента усиления в цепи обратной связи изменяется в зависимости от мощности помех, время адаптации устройства может оказаться довольно большим при плохой обусловленности корреляционной матрицы входных сигналов (разбросе собственных значений корреляционной матрицы). Причем собственные значения корреляционной матрицы зависят от мощности и количества помех. Когда имеется несколько помех разной мощности, то собственные значения корреляционной матрицы не равны между собой (имеется некоторый разброс), адаптивная антенная решетка быстро реагирует на сильные помехи и медленно на слабые помехи, а время адаптации определяется самой медленной составляющей процесса адаптации. Depending on the signal-noise environment, the device operates by the method of minimizing or maximizing the output power, which prevents the suppression of the useful signal and increases the noise immunity of the grating. However, although the magnitude of the gain in the feedback circuit varies depending on the interference power, the adaptation time of the device can turn out to be rather long if the correlation matrix of the input signals is poorly conditioned (the spread of the eigenvalues of the correlation matrix). Moreover, the eigenvalues of the correlation matrix depend on the power and amount of interference. When there are several interference of different power, the eigenvalues of the correlation matrix are not equal to each other (there is some variation), the adaptive antenna array reacts quickly to strong interference and slowly to weak interference, and the adaptation time is determined by the slowest component of the adaptation process.

Целью изобретения является уменьшение времени адаптации устройства при наличии нескольких помех разной мощности. The aim of the invention is to reduce the adaptation time of the device in the presence of several interference of different power.

Это достигается тем, что в ААР, содержащую N антенных элементов, соединенных через гибридные устройства и весовые умножители с соответствующими входами общего сумматора, первый умножитель и 2N адаптивных контура, каждый из которых состоит из интегратора, коммутатора, усилителя, регулируемого инвертирующего усилителя, блока вычитания, второго умножителя и коррелятора, причем первый и второй входы коррелятора соединены соответственно с выходом гибридного устройства и выходом общего сумматора, а выход коррелятора соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго умножителя, а выход блока вычитания подключен к входам усилителя и регулируемого инвентирующего усилителя, выходы которых подключены к входам коммутатора, выход которого через интегратор соединен с вторым входом весового умножителя и с первым входом второго умножителя, а второй вход второго умножителя соединен с выходом первого умножителя, первый и второй входы которого объединены с выходом общего сумматора и вторым входом коррелятора, а также блок оценки мощности сигнала, блок оценки мощности помех, блок сравнения и блок управления, причем входы блока оценки мощности сигнала и мощности помех подключены к выходу общего сумматора, а выходы подключены к входам блока сравнения, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, вход блока управления подключен к выходу блока оценки мощности помех, а выход - к управляющим входам регулируемых инвертирующих усилителей, дополнительно введены блок матричного умножения, блок делителей, сумматор, блок векторного умножения и 2N вторых блоков вычитания, причем первые и вторые 2N входов блока векторного умножения подключены к выходам гибридных устройств, первые 4N2 выходов блока векторного умножения подключены к первым входам блока делителей, а вторые 2N выходов через сумматор подключены к вторым входам блока делителей, выходы которого соединены с первыми 4N2 входами блока матричного умножения, вторые 2N входов которого объединены с выходами первых блоков вычитания и с первыми входами вторых блоков вычитания, а 2N выходов блока матричного умножения соединены с вторыми входами вторых блоков вычитания, выходы которых подключены к входам усилителей и регулируемых инвертирующих усилителей.This is achieved by the fact that in the AAR, containing N antenna elements connected through hybrid devices and weight multipliers with the corresponding inputs of the common adder, the first multiplier and 2N adaptive circuits, each of which consists of an integrator, commutator, amplifier, adjustable inverting amplifier, and a subtraction unit , the second multiplier and the correlator, the first and second inputs of the correlator are connected respectively to the output of the hybrid device and the output of the common adder, and the output of the correlator is connected to the first input subtraction lock, the second input of which is connected to the output of the second multiplier, and the output of the subtraction block is connected to the inputs of the amplifier and an adjustable inventory amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of the switch, the output of which through the integrator is connected to the second input of the weight multiplier and to the first input of the second multiplier, and the second input of the second multiplier is connected to the output of the first multiplier, the first and second inputs of which are combined with the output of the common adder and the second input of the correlator, as well as a signal power estimator , an interference power estimator, a comparison unit, and a control unit, the inputs of the signal power and interference power estimator being connected to the output of the common adder, and the outputs connected to the inputs of the comparison unit whose output is connected to the control inputs of the switches, the input of the control unit is connected to the output of the unit estimates of the interference power, and the output to the control inputs of adjustable inverting amplifiers, a matrix multiplication block, a divider block, an adder, a vector multiplication block and 2N second subtraction blocks are additionally introduced eat first and second 2N input unit of the vector multiplication are connected to the outputs of hybrid devices, the first 4N 2 vector multiplication unit outputs are connected to first inputs of the divider unit and the second 2N outputs via an adder connected to the second inputs of dividers unit which outputs are connected with the first 4N 2 inputs a matrix multiplication block, the second 2N inputs of which are combined with the outputs of the first subtraction blocks and with the first inputs of the second subtraction blocks, and the 2N outputs of the matrix multiplication block are connected with the second inputs of the second subtraction blocks Ania, the outputs of which are connected to the input of the amplifier and adjustable inverting amplifiers.

Анализ аналогичных технических решений показал, что совокупность отличительных признаков, обуславливающая достижение указанного положительного эффекта, в известных устройствах идентичного назначения не обнаружена. An analysis of similar technical solutions showed that the set of distinctive features that determine the achievement of the specified positive effect in the known devices of identical purpose was not found.

На фиг.1 представлена функциональная схема ААР; на фиг.2 - схема блока векторного умножения; на фиг.3 - схема блока матричного умножения; на фиг.4 - результаты моделирования ААР. Figure 1 presents the functional diagram of the AAP; figure 2 - block diagram of vector multiplication; figure 3 is a block diagram of matrix multiplication; figure 4 - simulation results AAR.

ААР содержит антенные элементы 1, гибридные устройства 2, весовые умножители 3, общий сумматор 4, блок 5 оценки мощности сигнала, блок 6 оценки мощности помех, блок 7 сравнения, блок 8 управления, первый умножитель 9, адаптивные контуры 10, состоящие из вторых умножителей 11, интеграторов 12, усилителей 13, коммутаторов 14, регулируемых инвертирующих усилителей 15, первых блоков 16 вычитания, вторых блоков 17 вычитания и корреляторов 18, а также блок 19 векторного умножения, сумматор 20, блок 21 делителей, блок 22 матричного умножения. AAR contains antenna elements 1, hybrid devices 2, weight multipliers 3, a common adder 4, a block 5 for estimating the signal power, a block 6 for estimating the interference power, a block 7 for comparison, a block 8 for control, the first multiplier 9, adaptive circuits 10 consisting of second multipliers 11, integrators 12, amplifiers 13, switches 14, adjustable inverting amplifiers 15, first subtraction blocks 16, second subtraction blocks 17 and correlators 18, as well as vector multiplication block 19, adder 20, divider block 21, matrix multiplication block 22.

Адаптивная антенная решетка работает следующим образом. Adaptive antenna array operates as follows.

Радиосигналы принимаются антенными элементами 1 и подаются на гибридные устройства 2, в которых разделяются на синфазные и квадратурные составляющие, а затем взвешиваются весовыми умножителями 3 и суммируются в общем сумматоре 4, выход которого является выходом устройства. При помощи адаптивных контуров 10 осуществляется настройка весовых умножителей 3 с целью повышения отношения сигнал/помеха + шум на выходе устройства. Если мощность полезного сигнала меньше мощности помех, то осуществляется минимизация выходной мощности, а если мощность сигнала больше мощности помех, то осуществляется максимизация выходной мощности. Включение того или другого режима осуществляется коммутатором 14 в зависимости от соотношения мощностей полезного сигнала и помех. Мощности сигнала и помех оцениваются в блоке 5 оценки мощности сигнала и в блоке 6 оценки мощности помех и эквивалентные напряжения поступают на входы блока 7 сравнения. В зависимости от соотношения этих напряжений блок 7 сравнения осуществляет управление коммутаторами 14 адаптивных контуров 10. Radio signals are received by the antenna elements 1 and fed to hybrid devices 2, in which they are divided into in-phase and quadrature components, and then weighed by weight multipliers 3 and summed in a common adder 4, the output of which is the output of the device. Using adaptive circuits 10, weight multipliers 3 are adjusted to increase the signal-to-noise ratio + noise at the output of the device. If the useful signal power is less than the interference power, then the output power is minimized, and if the signal power is greater than the interference power, the output power is maximized. The inclusion of one or another mode is carried out by the switch 14, depending on the ratio of the useful signal power and interference. The signal and interference powers are evaluated in the signal power estimation unit 5 and in the interference power evaluation unit 6 and equivalent voltages are supplied to the inputs of the comparison unit 7. Depending on the ratio of these voltages, the comparison unit 7 controls the switches 14 of the adaptive circuits 10.

Адаптивные контуры 10 реализуют алгоритм оптимизации выходной мощности, основанный на методе Ньютона. При этом оценка градиента целевой функции

Figure 00000001
(K) (k) на каждой итерации должна умножаться слева на оценку обратной корреляционной матрицы R^-1 .Adaptive circuits 10 implement an output power optimization algorithm based on Newton's method. In this case, the gradient estimate of the objective function
Figure 00000001
(K) (k) at each iteration should be multiplied on the left by the estimate of the inverse correlation matrix R ^ -1 .

Figure 00000002
(K+1)=
Figure 00000003
(K)+
Figure 00000004
Figure 00000005
(K), (1) где
Figure 00000006
(K),
Figure 00000007
(K+1) - значение вектора весовых коэффициентов соответственно на k-й и (k+1)-й итерации;
μ - коэффициент усиления в адаптивных контурах;
Figure 00000008
(K) - оценка градиента на k-й итерации.
Figure 00000002
(K + 1) =
Figure 00000003
(K) +
Figure 00000004
Figure 00000005
(K), (1) where
Figure 00000006
(K)
Figure 00000007
(K + 1) is the value of the vector of weighting coefficients at the kth and (k + 1) th iteration, respectively;
μ is the gain in adaptive circuits;
Figure 00000008
(K) is the gradient estimate at the kth iteration.

Это приводит к тому, что все составляющие адаптивного процесса сходятся с одинаковой постоянной времени. Такой алгоритм имеет квадратичную сходимость. This leads to the fact that all components of the adaptive process converge with the same time constant. Such an algorithm has quadratic convergence.

Получение оценки обратной корреляционной матрицы является сложной задачей. При выборочной оценке корреляционной матрицы возникают трудности с ее обращением в случае ее плохой обусловленности, необходимо большое число вычислительных операций. Рекурентные методы обращения также сопряжены с достаточно большой громоздкостью вычислений. Поэтому такие методы сложны в технической реализации. Obtaining an estimate of the inverse correlation matrix is a difficult task. In the selective assessment of the correlation matrix, difficulties arise with its handling in case of poor conditionality; a large number of computational operations are necessary. Recursive methods of treatment are also associated with a rather large bulk of calculations. Therefore, such methods are complicated in technical implementation.

В качестве оценки обратной корреляционной матрицы используем псевдообратную матрицу Rпo, формируемую по одному отсчету.As an estimate of the inverse correlation matrix, we use the pseudoinverse matrix R po , formed by one sample.

Для получения псевдообратной матрицы воспользуемся спектральным представлением корреляционной матрицы R и обратной корреляционной матрицы R-1.To obtain a pseudoinverse matrix, we use the spectral representation of the correlation matrix R and the inverse correlation matrix R -1 .

R=QΛQт=

Figure 00000009
; (2)
Figure 00000010
, (3) где Q - унитарная (ортонормированная QQт=
Figure 00000011
= I матрица собственных векторов Q=[
Figure 00000012
,
Figure 00000013
...
Figure 00000014
] ;
Λ- диагональная матрицы собственных значений Λ = diag(λ12...λп);
Т - знак транспонирования. Запишем выражение (3) в виде
R
Figure 00000015
1-
Figure 00000016
Figure 00000017
=
Figure 00000018
-
Figure 00000019
Figure 00000020
=I-
Figure 00000021
Figure 00000022
, (4) где I - единичная матрица I = diag(1,1...1).R = QΛQ t =
Figure 00000009
; (2)
Figure 00000010
, (3) where Q is unitary (orthonormal QQ m =
Figure 00000011
= I eigenvector matrix Q = [
Figure 00000012
,
Figure 00000013
...
Figure 00000014
];
Λ is the diagonal matrix of eigenvalues Λ = diag (λ 1 , λ 2 ... λ p );
T is the sign of transposition. We rewrite expression (3) in the form
R
Figure 00000015
1-
Figure 00000016
Figure 00000017
=
Figure 00000018
-
Figure 00000019
Figure 00000020
= I-
Figure 00000021
Figure 00000022
, (4) where I is the identity matrix I = diag (1,1 ... 1).

Заметим, что λi изменяется в интервале от λmin до λmax - минимального и максимального собственных чисел. Воспользуемся линейной аппроксимацией скалярного множителя в выражении (4) на участке ( (λmin÷ λmax))

Figure 00000023
Figure 00000024
(5)
Отметим также, что значение λmax не может превышать след матрицы R
λmax≅ tr[R] (6) С учетом (5) и (6) перепишем выражение (4)
Figure 00000025
≈ I_
Figure 00000026
=I_
Figure 00000027
(7) Полученный результат совпадает с представлением обратной корреляционной матрицы в виде двух первых членов ряда при разложении ее по степеням R.Note that λ i varies in the range from λ min to λ max - the minimum and maximum eigenvalues. We use the linear approximation of the scalar factor in expression (4) in the region ((λ min ÷ λ max ))
Figure 00000023
Figure 00000024
(5)
We also note that the value of λ max cannot exceed the trace of the matrix R
λ max ≅ t r [R] (6) Taking into account (5) and (6), we rewrite expression (4)
Figure 00000025
≈ I_
Figure 00000026
= I_
Figure 00000027
(7) The result obtained coincides with the representation of the inverse correlation matrix in the form of the first two members of the series when it is expanded in powers of R.

R-1 = C0I+C1R + C2R2+ ... +CкRк, (8) где k ≅ N в котором коэффициенты C0=

Figure 00000028
≈ 1; C1=-
Figure 00000029
.R -1 = C 0 I + C 1 R + C 2 R 2 + ... + C to R k , (8) where k ≅ N in which the coefficients C 0 =
Figure 00000028
≈ 1; C 1 = -
Figure 00000029
.

В качестве оценки градиента в (1) используем известное выражение

Figure 00000030
(K)= S(K)[
Figure 00000031
K)-
Figure 00000032
(K)S(K)] , (9) где S(K)=
Figure 00000033
(K)
Figure 00000034
(K) - сигнал на выходе общего сумматора 4.As an estimate of the gradient in (1), we use the well-known expression
Figure 00000030
(K) = S (K) [
Figure 00000031
K) -
Figure 00000032
(K) S (K)], (9) where S (K) =
Figure 00000033
(K)
Figure 00000034
(K) - signal at the output of the total adder 4.

С учетом вышеизложенного алгоритм настройки весовых умножителей 3 имеет вид

Figure 00000035
(K+1)=
Figure 00000036
(K)-
Figure 00000037
I-
Figure 00000038
S(K)[
Figure 00000039
(K)-
Figure 00000040
(K)S(K)], (10) где
Figure 00000041
(K) - вектор весовых коэффициентов на выходах интеграторов 12;
Figure 00000042
(K) - вектор входных сигналов на выходах гибридных устройств 2;
S(K)=
Figure 00000043
(K)
Figure 00000044
(K) - сигнал на выходе общего сумматора 4;
μ- коэффициент усиления усилителей 13 и 15 в адаптивных контурах 10. Когда коэффициент μ > 0, осуществляется минимизация мощности на выходе общего сумматора 4 (подавляются помехи), а когда μ< 0, выходная мощность сигнала общего сумматора 4 максимизируется (выделяется полезный сигнал). Выбор знака μ осуществляется при помощи коммутатора 14, а установка величины μ осуществляется блоком 8 управления в зависимости от мощности помех.In view of the foregoing, the algorithm for setting the weight multipliers 3 has the form
Figure 00000035
(K + 1) =
Figure 00000036
(K) -
Figure 00000037
I-
Figure 00000038
S (K) [
Figure 00000039
(K) -
Figure 00000040
(K) S (K)], (10) where
Figure 00000041
(K) is the vector of weights at the outputs of the integrators 12;
Figure 00000042
(K) is the vector of input signals at the outputs of hybrid devices 2;
S (K) =
Figure 00000043
(K)
Figure 00000044
(K) is the signal at the output of the common adder 4;
μ is the gain of amplifiers 13 and 15 in adaptive circuits 10. When the coefficient is μ> 0, the power at the output of the common adder 4 is minimized (interference is suppressed), and when μ <0, the output power of the signal of the common adder 4 is maximized (a useful signal is extracted) . The choice of the sign μ is carried out using the switch 14, and the installation of the value μ is carried out by the control unit 8 depending on the interference power.

Формирование произведения псевдообратной матрицы Rпо=I-

Figure 00000045
на оценку градиента
Figure 00000046
S(K)[
Figure 00000047
K)-
Figure 00000048
(K)S(K)] осуществляется следующим образом.Formation of the product of a pseudoinverse matrix R by = I-
Figure 00000045
on the gradient estimate
Figure 00000046
S (K) [
Figure 00000047
K) -
Figure 00000048
(K) S (K)] is as follows.

Вначале в блоке 19 векторного умножения происходит вычисление внешнего произведения вектора

Figure 00000049
(K) самого на себя
Figure 00000050
(K)
Figure 00000051
(K)=
Figure 00000052

(11)
Схема блока 19 векторного умножения, состоящего из 4N2 умножителей 1-1-2N-2N, приведена на фиг.2.First, in block 19 of vector multiplication, the external product of the vector is calculated
Figure 00000049
(K) yourself
Figure 00000050
(K)
Figure 00000051
(K) =
Figure 00000052

(eleven)
The circuit block 19 of the vector multiplication, consisting of 4N 2 multipliers 1-1-2N-2N, shown in figure 2.

Вычисление внутреннего произведения вектора

Figure 00000053
(K) самого на себя (квадрат модуля) производится в сумматоре 20, как сумма диагональных элементов (след) матрицы (11):
<
Figure 00000054
(K)
Figure 00000055
(K)>=
Figure 00000056
(K)
Figure 00000057
= x 2 1 (K)+x 2 2 (K)+. ..x 2 2 N(K)=tr[
Figure 00000058
(K)
Figure 00000059
(K)] (12) Затем, разделяя каждый элемент матрицы (11) на ее след в блоке 21 делителей, вычисляется нормированная матрица
Figure 00000060
.Calculation of the internal product of a vector
Figure 00000053
(K) of itself (the square of the module) is produced in the adder 20, as the sum of the diagonal elements (trace) of the matrix (11):
<
Figure 00000054
(K)
Figure 00000055
(K)> =
Figure 00000056
(K)
Figure 00000057
= x 2 1 (K) + x 2 2 (K) +. ..x 2 2 N (K) = t r [
Figure 00000058
(K)
Figure 00000059
(K)] (12) Then, dividing each element of the matrix (11) into its trace in the block 21 of the dividers, the normalized matrix is calculated
Figure 00000060
.

Формирование оценки градиента

Figure 00000061
(K) целевой функции производится на выходах блоков 16 вычитания аналогично прототипу согласно выражению (9).Gradient Estimation
Figure 00000061
(K) the objective function is performed at the outputs of the subtraction blocks 16 similarly to the prototype according to expression (9).

В блоке 22 матричного умножения оценка градиента умножается слева на нормированную матрицу [τik]=

Figure 00000062
.В результате получаем 2N - мерный вектор
Figure 00000063
= [a1. ..a2N] ai=
Figure 00000064
i=
Figure 00000065
где δm - компоненты вектора градиента
Figure 00000066
(K);
rim - компоненты нормированной матрицы. Схема блока матричного умножения, состоящего соответственно из 4 умножителей 1-1-2N-2N и 2N сумматоров 3-1-3-2N, представлена на фиг.3.In block 22 of the matrix multiplication, the gradient estimate is multiplied on the left by the normalized matrix [τ ik ] =
Figure 00000062
. As a result, we obtain a 2N - dimensional vector
Figure 00000063
= [a 1 . ..a 2N ] a i =
Figure 00000064
i =
Figure 00000065
where δ m are the components of the gradient vector
Figure 00000066
(K);
r im are the components of the normalized matrix. The block diagram of the matrix multiplication, consisting respectively of 4 multipliers 1-1-2N-2N and 2N adders 3-1-3-2N, shown in Fig.3.

Адаптивная добавка в алгоритме адаптации (10) вычисляется в блоках 17 вычитания, как разность компонент градиента

Figure 00000067
(K) и компонент вектора
Figure 00000068
(K). Таким образом
Figure 00000069
(K+1) =
Figure 00000070
(K)m[
Figure 00000071
(K)-
Figure 00000072
(K)] (13) В результате движение осуществляется не по направлению антиградиента (градиента), а по направлению на точку экстремума, что значительно уменьшает время адаптации, когда линии уровня имеют вытянутый характер.The adaptive addition in the adaptation algorithm (10) is calculated in subtraction blocks 17 as the difference of the gradient components
Figure 00000067
(K) and the component of the vector
Figure 00000068
(K). In this way
Figure 00000069
(K + 1) =
Figure 00000070
(K) m [
Figure 00000071
(K) -
Figure 00000072
(K)] (13) As a result, the movement is carried out not in the direction of the antigradient (gradient), but in the direction to the extremum point, which significantly reduces the adaptation time when the level lines are elongated.

Использование новых элементов - блока 19 векторного умножения, сумматора 20, блока 21 делителей, блока 22 матричного умножения выгодно отличает предлагаемую ААР от прототипа, так как постоянная времени адаптации становится практически одинаковой для всех составляющих процесса адаптации. В результате будет снижено время адаптации при наличии нескольких помех разной мощности, что соответствует плохой обусловленности корреляционной матрицы входных сигналов (большому разбросу собственных значений корреляционной матрицы). The use of new elements - block 19 vector multiplication, adder 20, block 21 dividers, block 22 matrix multiplication favorably distinguishes the proposed AAR from the prototype, since the adaptation time constant becomes almost the same for all components of the adaptation process. As a result, the adaptation time will be reduced in the presence of several interference of different power, which corresponds to poor conditioning of the correlation matrix of input signals (a large spread of the eigenvalues of the correlation matrix).

На фиг.4 представлены результаты моделирования заявляемой ААР и прототипа. Из графиков видно, что оба устройства имеют одинаковую эффективность с точки зрения получения выходного отношения мощности сигнала к сумме мощностей помех и шума (ОСПШ), но время адаптации в заявляемой ААР значительно меньше. Figure 4 presents the simulation results of the claimed AAP and prototype. From the graphs it can be seen that both devices have the same efficiency in terms of obtaining the output ratio of the signal power to the sum of the interference and noise powers (SINR), but the adaptation time in the claimed AAR is much shorter.

Указанное преимущество способствует повышению эффективности функционирования ААР в условиях сложной помеховой обстановки. This advantage helps to increase the efficiency of the AAR in difficult interference environments.

Claims (1)

АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА, содержащая N антенных элементов, выходы которых соединены с входами соответствующих гибридных блоков, первые и вторые выходы которых через соответствующие весовые умножители соединены с соответствующими входами общего сумматора, выход которого является выходом решетки, последовательно соединенные блок оценки мощности сигнала и блок сравнения, последовательно соединенные блок оценки мощности помехи и блок управления, вход которого соединен с вторым входом блока сравнения, первый умножитель, первый и второй входы которого соединены с выходом общего сумматора, входом блока оценки мощности сигнала и входом блока оценки мощности помехи, 2 N адаптивных контуров, каждый из которых содержит последовательно соединенные управляемый инвертирующий усилитель, коммутатор, интегратор, второй умножитель и первый блок вычитания, усилитель, вход которого соединен с первым входом управляемого инвертирующего усилителя, а выход - с вторым входом коммутатора, коррелятор, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания, а первый и второй входы соответственно - с выходом соответствующего гибридного блока и первым входом первого умножителя, выход которого соединен с вторым входом соответствующего второго умножителя, первый вход которого соединен с вторым входом соответствующего весового умножителя, при этом выход блока сравнения соединен с третьим входом соответствующего коммутатора, а выход блока управления соединен с вторым входом соответствующего управляемого инвертирующего усилителя, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения времени адаптации, при наличии нескольких помех разной мощности, введены последовательно соединенные блок векторного умножения, блок делителей и блок матричного умножения, сумматор, выход которого соединен с первым входом блока делителей, а 2 N входов - с соответствующими первыми выходами блока векторного умножения, первые и вторые 2 N входов которого соединены с выходами соответствующих гибридных блоков, 4 N2 входов блока делителей соединены с соответствующими вторыми выходами блока векторного умножения, а 4 N2 выходов - с соответствующими первыми входами блока матричного умножения, а в каждый адаптивный контур введен второй блок вычитания, выход которого соединен с входом усилителя, а первый вход - с выходом первого блока вычитания и соответствующим первым входом блока матричного умножения, выходы которого соединены с вторыми входами соответствующих вторых блоков вычитания.ADAPTIVE ANTENNA ARRAY, containing N antenna elements, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding hybrid units, the first and second outputs of which are connected through the respective weight multipliers to the corresponding inputs of the common adder, the output of which is the output of the array, the signal power estimation unit and the comparison unit connected in series, a series-connected unit for evaluating the interference power and a control unit, the input of which is connected to the second input of the comparison unit, the first multiplier, the first and second the first inputs of which are connected to the output of the common adder, the input of the signal power estimator and the input of the interference power estimator, 2 N adaptive circuits, each of which contains a serially connected controlled inverting amplifier, commutator, integrator, second multiplier and first subtraction unit, amplifier, input which is connected to the first input of the controlled inverting amplifier, and the output to the second input of the switch, a correlator, the output of which is connected to the second input of the first subtraction unit, and the first and second input accordingly, with the output of the corresponding hybrid unit and the first input of the first multiplier, the output of which is connected to the second input of the corresponding second multiplier, the first input of which is connected to the second input of the corresponding weight multiplier, while the output of the comparison unit is connected to the third input of the corresponding switch, and the output of the control connected to the second input of the corresponding controlled inverting amplifier, characterized in that, in order to reduce the adaptation time, in the presence of several an ommech of different power, series-connected vector multiplication block, divider block and matrix multiplication block are introduced, an adder whose output is connected to the first input of the divider block, and 2 N inputs to the corresponding first outputs of the vector multiplication block, the first and second 2 N inputs of which are connected with respective outputs of hybrid units 4 N 2 inputs of block dividers are connected to respective second outputs of the vector multiplication unit, and N 2 O 4 - to the corresponding first inputs of the matrix multiplying unit And in each adaptive loop is entered a second subtracter whose output is connected to the amplifier input and the first input - first output from the subtraction unit and the corresponding first input of the matrix multiplication outputs are connected to second inputs of the respective second subtracting units.
SU4922143 1991-03-29 1991-03-29 Adaptive array RU2014681C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4922143 RU2014681C1 (en) 1991-03-29 1991-03-29 Adaptive array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4922143 RU2014681C1 (en) 1991-03-29 1991-03-29 Adaptive array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2014681C1 true RU2014681C1 (en) 1994-06-15

Family

ID=21566744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4922143 RU2014681C1 (en) 1991-03-29 1991-03-29 Adaptive array

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2014681C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577827C1 (en) * 2014-11-06 2016-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Self-focusing multibeam antenna array
RU2647559C2 (en) * 2013-03-13 2018-03-16 Зе Боинг Компани Compensation of the non-ideal surface of the reflector in the satellite communication system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647559C2 (en) * 2013-03-13 2018-03-16 Зе Боинг Компани Compensation of the non-ideal surface of the reflector in the satellite communication system
RU2577827C1 (en) * 2014-11-06 2016-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" Self-focusing multibeam antenna array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gershman et al. Adaptive beamforming algorithms with robustness against jammer motion
Wu et al. Source number estimators using transformed Gerschgorin radii
US7120657B2 (en) System and method for adaptive filtering
Godara Application of antenna arrays to mobile communications. II. Beam-forming and direction-of-arrival considerations
US6778514B1 (en) Subspace combination of multisensor output signals
US5796779A (en) Adaptive signal processor for non-stationary environments and method
US20060194544A1 (en) Method for separating interferering signals and computing arrival angles
US8244787B2 (en) Optimum nonlinear correntropy filter
CN110378320A (en) The common cycle of multiple signals determines method, apparatus and readable storage medium storing program for executing
Picciolo et al. Median cascaded canceller for robust adaptive array processing
US6411257B1 (en) Antenna angle-of-arrival estimation using uplink weight vectors
US5289194A (en) Combiner for two dimensional adaptive interference suppression system
RU2014681C1 (en) Adaptive array
Kannan et al. Beamforming in additive/spl alpha/-stable noise using fractional lower order statistics (FLOS)
Lee et al. Evaluation of reduced-rank, adaptive matched field processing algorithms for passive sonar detection in a shallow-water environment
Featherstone et al. A novel method to improve the performance of Capon's minimum variance estimator
Paulraj et al. Analysis of signal cancellation due to multipath in optimum beamformers for moving arrays
EP0189655B1 (en) Optimisation of convergence of sequential decorrelator
KR100965100B1 (en) Adaptive beam former and method of the same
Wu et al. Maximum likelihood direction-finding in unknown noise environments
Wang et al. Correlated source number estimation with Gerschgorin radii of partitioned matrices products
Yu et al. Adaptive array beamforming for cyclostationary signals
RU2099838C1 (en) Adaptive antenna array
Hwang et al. AOA selection algorithm for multiple GPS signals
Parker et al. A signal processing application of randomized low-rank approximations