RU2154838C2

RU2154838C2 - Digital interference compensator

Info

Publication number: RU2154838C2
Application number: RU98109614A
Authority: RU
Inventors: А.П. Рыжков; Д.А. Чистилин
Original assignee: Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2000-08-20

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: invention is related to suppression equipment used in radio engineering systems for suppression of interference coming by side lobes of antenna radiation pattern and in some other systems correcting undesirable signals. Digital compensator of interference coming by side lobes of antenna radiation pattern has auxiliary antenna, complex interface, first multiplier, first adder of selections, divider, second multiplier and subtracter connected in series and basic antenna, third multiplier, second adder of selections linked with its output to second input of divider connected in series. Signal from auxiliary antenna goes to second inputs of first and second multipliers, signal from complex interface goes to second input of third multiplier. Specific feature of invention lies in addition of second and third auxiliary antennas and second and third subtracters. Input of third multiplier is disconnected from basic antenna and is connected to output of second subtracter to which inputs signals from outputs of first and second auxiliary antennas are fed. Input of first multiplier is disconnected from first auxiliary antenna and is connected to output of third subtracter to which inputs signals from outputs of second and third auxiliary antennas go. Input of complex interface is disconnected from first auxiliary antenna and is connected to output of third subtracter. Output of first subtracter is output of interference suppressor. EFFECT: enhanced efficiency of interference suppression by exclusion of effect of components of legitimate signal penetrating into auxiliary antennas on formation of weight coefficient. 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к устройствам подавления, используемым в радиотехнических системах подавления сигналов (помех), поступающих по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА), и может быть использовано в других системах осуществляющих, устранение нежелательных сигналов. The present invention relates to suppression devices used in radio engineering systems for suppressing signals (interference) coming from the side lobes of the antenna radiation pattern (BOTTOM), and can be used in other systems implementing the elimination of unwanted signals.

Из известных устройств подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в патенте США N 4086592 по классу 343-100 LE от 1978 года, структурная схема которого приведена на фиг. 1. Это устройство содержит последовательно включенные вспомогательную антенну 1, устройство комплексного сопряжения 2, первый умножитель 3, первый сумматор выборок 4, делитель 5, второй умножитель 6 и вычитающее устройство 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода основной антенны 8, и последовательно включенные основную антенну 8, третий умножитель 9, второй сумматор выборок 10, выход которого соединен со вторым входом делителя 5, при этом на вторые входы первого 3 и второго 6 умножителей поступает сигнал со вспомогательной антенны 1, а на второй вход третьего умножителя 9 поступает сигнал с устройства комплексного сопряжения 2. Выход вычитающего устройства 7 является выходом устройства подавления помех. Of the known interference suppression devices received along the side lobes of the DND, the closest in technical essence is the device described in US Pat. No. 4,086,592 to class 343-100 LE of 1978, the block diagram of which is shown in FIG. 1. This device contains a serially connected auxiliary antenna 1, a complex pairing device 2, a first multiplier 3, a first adder of samples 4, a divider 5, a second multiplier 6 and a subtractor 7, the second input of which receives a signal from the output of the main antenna 8, and in series included the main antenna 8, the third multiplier 9, the second adder of samples 10, the output of which is connected to the second input of the divider 5, while the second inputs of the first 3 and second 6 multipliers receive a signal from the auxiliary antenna 1, and the second input of the third multiplier 9 receives a signal from the complex conjugation device 2. The output of the subtractor 7 is the output of the interference suppression device.

Сигнал V_M с выхода основной антенны 8, например отраженный радиолокационный сигнал, принятый лепестком ДНА, поступает на вычитающее устройство 7. Этот сигнал V_M является комплексной величиной, содержащей векторные составляющие как полезной информации, так и помех. Полезные составляющие могут быть отраженными от цели сигналами, в то время как нежелательные составляющие могут представлять собой помехи, принятые по боковым лепесткам ДНА. Сигнал V_A с выхода вспомогательной антенны 1, имеющей коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков диаграммы направленности основной антенны 8, используется во втором умножителе 6 для получения взвешенного комплексного сигнала W V_A, который вычитается из комплексного сигнала V_M основного канала в вычитающем устройстве 7 для получения остаточного сигнала V_R. Кроме того, сигнал с выхода вспомогательной антенны 1 подается на вход первого умножителя 3, а также, пройдя через устройство комплексного сопряжения 2, формирующее комплексно-сопряженный сигнал V_A ^*, подается на вход первого 3 и третьего 9 умножителей, при этом на другой вход третьего умножителя подается сигнал с выхода основной антенны 8. Сигналы с выходов первого 3 и третьего 9 умножителей, пройдя через первый 4 и второй 10 сумматоры выборок, подаются на делитель 5, с выхода которого сигнал поступает на второй умножитель 6. В делителе 5 формируется значение W весового коэффициента оптимальное по критерию минимума взаимной корреляции между выходным сигналом подавителя V_R и сигналом вспомогательного канала V_A.The signal V _M from the output of the main antenna 8, for example, the reflected radar signal received by the beam of the BOTTOM, is fed to a subtractor 7. This signal V _M is a complex quantity containing vector components of both useful information and interference. Useful components may be signals reflected from the target, while unwanted components may be interference received along the side lobes of the BOTTOM. The signal V _A from the output of the auxiliary antenna 1, having a directional coefficient determined by the level of the side lobes of the radiation pattern of the main antenna 8, is used in the second multiplier 6 to obtain a weighted complex signal WV _A , which is subtracted from the complex signal V _{M of the} main channel in the subtractor 7 to obtain a residual signal V _R. In addition, the signal from the output of the auxiliary antenna 1 is fed to the input of the first multiplier 3, and also, passing through the complex conjugation device 2, which forms a complex conjugate signal V _A ^* , is fed to the input of the first 3 and third 9 multipliers, and to the other input of the third multiplier, a signal is output from the output of the main antenna 8. The signals from the outputs of the first 3 and third 9 multipliers, passing through the first 4 and second 10 adders of samples, are fed to the divider 5, the output of which the signal goes to the second multiplier 6. In the divider 5 generates I value optimal weighting factor W by the criterion of minimum cross-correlation between the output signal V _R suppressor and the auxiliary channel signal V _A.

Недостатком такого подавителя является низкая эффективность подавления помех, обусловленная флуктуациями весового коэффициента W относительно оптимального значения при наличии ослабленного полезного сигнала во вспомогательной антенне 1. The disadvantage of this suppressor is the low noise reduction efficiency due to fluctuations in the weight coefficient W relative to the optimal value in the presence of a weakened useful signal in the auxiliary antenna 1.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности подавления помех. The technical result of the invention is to increase the efficiency of noise suppression.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство подавления помех, содержащее последовательно включенные вспомогательную антенну, устройство комплексного сопряжения, первый умножитель, первый сумматор выборок, делитель, второй умножитель и вычитающее устройство, на второй вход которого поступает сигнал с выхода основной антенны, и последовательно включенные основную антенну, третий умножитель, второй сумматор выборок, выход которого соединен со вторым входом делителя, при этом на вторые входы первого и второго умножителей поступает сигнал со вспомогательной антенны, а на второй вход третьего умножителя поступает сигнал с устройства комплексного сопряжения, дополнительно введены: вторая и третья вспомогательные антенны и второе и третье вычитающие устройства, причем вход третьего умножителя отключен от основной антенны и подключен к выходу второго вычитающего устройства, на входы которого поступают сигналы с выходов первой и второй вспомогательных антенн, а вход первого умножителя отключен от первой вспомогательной антенны и подключен к выходу третьего вычитающего устройства, на входы которого поступают сигналы с выходов второй и третьей вспомогательных антенн, и вход устройства комплексного сопряжения отключен от первой вспомогательной антенны и подключен к выходу третьего вычитающего устройства. The essence of the invention lies in the fact that in the interference suppression device containing a serially connected auxiliary antenna, a complex conjugation device, a first multiplier, a first adder of samples, a divider, a second multiplier and a subtractor, the second input of which receives a signal from the output of the main antenna, and sequentially included the main antenna, the third multiplier, the second adder samples, the output of which is connected to the second input of the divider, while the second inputs of the first and second multipliers after the signal from the auxiliary antenna is dull, and the signal from the complex conjugation device is received at the second input of the third multiplier, additionally introduced: the second and third auxiliary antennas and the second and third subtracting devices, the input of the third multiplier being disconnected from the main antenna and connected to the output of the second subtracting device, the inputs of which receive signals from the outputs of the first and second auxiliary antennas, and the input of the first multiplier is disconnected from the first auxiliary antenna and connected to the output of the third a reading device, the inputs of which receive signals from the outputs of the second and third auxiliary antenna and input to a complex coupling device is disconnected from the first auxiliary antenna and connected to the output of the third subtractor.

На фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемого цифрового компенсатора помех, принимаемых по боковым лепесткам. In FIG. 2 is a structural diagram of the proposed digital noise equalizer received at the side lobes.

Цифровой компенсатор помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, содержит последовательно включенные устройства: первую вспомогательную антенну 1, второе вычитающее устройство 13, третий умножитель 9, второй сумматор выборок 10, делитель 5, второй умножитель 6, и вычитающее устройство 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода основной антенны 8, и последовательно включенные третью вспомогательную антенну 12, третье вычитающее устройство 14, первый умножитель 3, первый сумматор выборок 4, выход которого соединен со вторым входом делителя 5, при этом на вторые входы первого 3 и третьего 9 умножителей поступает сигнал с выхода устройства комплексного сопряжения 2, вход которого соединен с выходом третьего вычитающего устройства 14, а на вторые входы второго 13 и третьего 14 вычитающих устройств поступает сигнал с выхода второй вспомогательной антенны 11, кроме того, на второй вход второго умножителя 6 поступает сигнал с выхода первой вспомогательной антенны 1. Выход первого вычитающего устройства 7 является выходом устройства подавления помех. The digital compensator for interference received along the side lobes of the BOTTOM contains devices connected in series: the first auxiliary antenna 1, the second subtractor 13, the third multiplier 9, the second adder 10, the divider 5, the second multiplier 6, and the subtractor 7, to the second input of which a signal comes from the output of the main antenna 8, and the third auxiliary antenna 12, the third subtractor 14, the first multiplier 3, the first adder of samples 4, the output of which is connected to the second input, are connected in series 5, while the second inputs of the first 3 and third 9 multipliers receive a signal from the output of the complex coupler 2, the input of which is connected to the output of the third subtractor 14, and the second inputs of the second auxiliary input to the second inputs of the second 13 and third 14 subtractors antenna 11, in addition, the second output of the second multiplier 6 receives a signal from the output of the first auxiliary antenna 1. The output of the first subtractor 7 is the output of the interference suppression device.

Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода основной антенны 8 V_M = S + U, представляющий собой сумму радиолокационного сигнала S, принятого главным лепестком ДНА, и помехового U, принятого боковыми лепестками ДНА, поступает на вычитающее устройство 7, на другой вход которого поступает взвешенный сигнал W V_A с выхода второго умножителя 6.The device operates as follows. The signal from the output of the main antenna 8 V _M = S + U, which is the sum of the radar signal S received by the main lobe of the BOTTOM and the interference U received by the side lobes of the BOTTOM, is fed to a subtractor 7, to the other input of which a weighted signal WV _A s output of the second multiplier 6.

Первая вспомогательная антенна 1 является ненаправленной с коэффициентом направленного действия, определяемым уровнем боковых лепестков ДН основной антенны 8. Первая вспомогательная антенна 1 смещена относительно основной антенны 8 на расстояние d, что приводит к сдвигу по фазе помехового сигнала, принятого этой антенной, относительно помехового сигнала, принятого основной антенной, на величину
φ = 2π(d/λ)sinα,
где α - направления прихода помехового сигнала, отсчитываемое от нормали к базе - линии, соединяющей основную 8 и вспомогательную 1 антенны.The first auxiliary antenna 1 is omnidirectional with a directional coefficient determined by the level of the side lobes of the main beam of the main antenna 8. The first auxiliary antenna 1 is offset relative to the main antenna 8 by a distance d, which leads to a phase shift of the interference signal received by this antenna relative to the interference signal, received by the main antenna, by
φ = 2π (d / λ) sinα,
where α is the direction of arrival of the interfering signal, measured from the normal to the base, the line connecting the main 8 and auxiliary 1 antennas.

С учетом сказанного сигнал на выходе первой вспомогательной антенны 1 можно записать в виде:
V_A= S_осл+Uexp{jφ},
где S_осл - ослабленный полезный сигнал на выходе первой вспомогательной антенны 1.Based on the foregoing, the signal at the output of the first auxiliary antenna 1 can be written in the form:
V _A = S _ass + Uexp {jφ},
where S _donkey - attenuated useful signal at the output of the first auxiliary antenna 1.

Наличие ослабленного полезного сигнала обусловлено тем, что первая вспомогательная антенна 1 имеет определенный коэффициент направленного действия в направлении прихода полезного сигнала, определяемый уровнем боковых лепестков ДН основной антенны 8. В данном случае полагаем, что полезный сигнал приходит с направления, перпендикулярного базе антенн. The presence of a weakened useful signal is due to the fact that the first auxiliary antenna 1 has a certain directional coefficient in the direction of arrival of the useful signal, determined by the level of the side lobes of the main antenna 8. In this case, we assume that the useful signal comes from a direction perpendicular to the base of the antennas.

Вторая вспомогательная антенна 11 смещена относительно первой вспомогательной антенны 1, вдоль базы антенн, на расстояние d и имеет коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков ДН основной антенны 8. Сигнал на выходе второй вспомогательной антенны 12 имеет вид:
V_В= S_осл+Uexp{j2φ}.
Третья вспомогательная антенна 12 смещена относительно второй вспомогательной антенны 11 на расстояние d и имеет коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков ДН основной антенны 8. Сигнал на выходе третьей вспомогательной антенны 13 имеет вид:
V_C= S_осл+Uexp{j3φ}.
С учетом введенных обозначений сигнал на выходах второго V_P и третьего V_H вычитающих устройств соответственно будет иметь вид:

Сигнал V_H с выхода третьего вычитающего устройства 14 поступает на первый умножитель 3, на другой вход которого поступает этот же сигнал, прошедший через устройство комплексного сопряжения 2. Далее сигнал с выхода первого умножителя 3, пройдя через первый сумматор выборок 4, поступает на вход делителя 5. Сигнал V_P с выхода второго вычитающего устройства 13 поступает на третий умножитель 9, на другой вход которого поступает сигнал с выхода устройства комплексного сопряжения 2, и далее через второй сумматор выборок 10 поступает на делитель 5. Весовой коэффициент, получаемый на выходе делителя 5, имеет вид:
W = M {V_P V_H ^*}/M {V_H V_H ^*},
где знак ^* - означает комплексно сопряженное число, M { } - операция математического усреднения.The second auxiliary antenna 11 is offset relative to the first auxiliary antenna 1, along the base of the antennas, by a distance d and has a directional coefficient determined by the level of the side lobes of the main antenna 8. The signal at the output of the second auxiliary antenna 12 has the form:
V _B = S _ass + Uexp {j2φ}.
The third auxiliary antenna 12 is offset from the second auxiliary antenna 11 by a distance d and has a directional coefficient determined by the level of the side lobes of the main antenna 8. The signal at the output of the third auxiliary antenna 13 has the form:
V _C = S _ass + Uexp {j3φ}.
Given the designations introduced, the signal at the outputs of the second V _P and third V _H subtracting devices, respectively, will have the form:

The signal V _H from the output of the third subtractor 14 is fed to the first multiplier 3, the other input of which receives the same signal passed through the complex coupler 2. Next, the signal from the output of the first multiplier 3, passing through the first adder of samples 4, is fed to the input of the divider 5. The signal V _P from the output of the second subtracting device 13 is fed to the third multiplier 9, the other input of which receives the signal from the output of the complex conjugation device 2, and then through the second adder of samples 10 it goes to the divider 5. Weight th coefficient obtained at the output of the divider 5, has the form:
W = M {V _P V _H ^* } / M {V _H V _H ^* },
where the sign ^* - means a complex conjugate, M {} - the operation of mathematical averaging.

С учетом введенных обозначений получаем оптимальное для эффективного подавления помех значение весового коэффициента (Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986):
W = exp{-jφ}.
Значение весового коэффициента, получаемое в прототипе, имеет вид:
W = (σ $\binom{2}{п}$ exp{-jφ}+ρbσ $\binom{2}{c}$ )/(σ $\binom{2}{п}$ +bσ $\binom{2}{c}$ ),
где ρ - коэффициент взаимной корреляции полезного сигнала, принятого основной 8 и вспомогательной 1 антеннами, σ $\binom{2}{c}$ , σ $\binom{2}{п}$ - дисперсии полезного и помехового сигналов, b - коэффициент, характеризующий уменьшение полезного сигнала во вспомогательных антеннах относительно основной.Based on the introduced notation, we obtain the optimal weighting factor for effective noise suppression (R. A. Monzingo, T.U. Miller. Adaptive Antenna Arrays: Introduction to Theory: Translated from English - M.: Radio and Communication, 1986):
W = exp {-jφ}.
The value of the weight coefficient obtained in the prototype is:
W = (σ $\binom{2}{P}$ exp {-jφ} + ρbσ $\binom{2}{c}$ ) / (σ $\binom{2}{P}$ + bσ $\binom{2}{c}$ ),
where ρ is the cross-correlation coefficient of the useful signal received by the main 8 and auxiliary 1 antennas, σ $\binom{2}{c}$ , σ $\binom{2}{P}$ - dispersion of the useful and interference signals, b - coefficient characterizing the decrease in the useful signal in the auxiliary antennas relative to the main one.

Анализ последнего выражения показывает, что проникновение полезного сигнала во вспомогательную антенну, характеризуемое коэффициентом b, приводит к изменению весового коэффициента относительно оптимального значения W = exp{-jφ}, что снижает эффективность подавления помех. Analysis of the last expression shows that the penetration of the useful signal into the auxiliary antenna, characterized by the coefficient b, leads to a change in the weight coefficient relative to the optimal value W = exp {-jφ}, which reduces the efficiency of noise suppression.

Таким образом предлагаемое устройство, обеспечивающее получение оптимального значения весового коэффициента, исключает влияние составляющих полезного сигнала, проникающих во вспомогательную антенну на эффективность подавления помех. Thus, the proposed device, providing the optimal value of the weight coefficient, eliminates the influence of the components of the useful signal penetrating into the auxiliary antenna on the noise reduction efficiency.

Все элементы предлагаемого устройства могут быть реализованы на современной элементной базе. All elements of the proposed device can be implemented on a modern element base.

Использование изобретения в этой связи позволяет повысить стабильность работы устройства подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА. The use of the invention in this regard allows to increase the stability of the suppression device received on the side lobes of the bottom.

Claims

A digital interference canceller comprising a complex conjugation device in series, a first multiplier, a first sample adder, a divider, a second multiplier and a subtractor, the second input of which receives a signal from the output of the main antenna, and a third multiplier, a second sample adder, the output of which is connected in series with the second input of the divider, while the second input of the second multiplier receives a signal from the auxiliary antenna, and the second input of the third multiplier receives a signal from complex interface, characterized in that it additionally introduced the second and third auxiliary antennas and the second and third subtracting devices, the input of the third multiplier connected to the output of the second subtracting device, the inputs of which receive signals from the outputs of the first and second auxiliary antennas, and the inputs the first multiplier and the complex conjugation device are connected to the output of the third subtracting device, the inputs of which receive signals from the outputs of the second and third auxiliary antennas, Exit first subtractor is the output of interference canceler.