RU2456631C1 - Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors - Google Patents

Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors Download PDF

Info

Publication number
RU2456631C1
RU2456631C1 RU2011106221/07A RU2011106221A RU2456631C1 RU 2456631 C1 RU2456631 C1 RU 2456631C1 RU 2011106221/07 A RU2011106221/07 A RU 2011106221/07A RU 2011106221 A RU2011106221 A RU 2011106221A RU 2456631 C1 RU2456631 C1 RU 2456631C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channels
values
difference
compensation
differential
Prior art date
Application number
RU2011106221/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Иванович Карпухин (RU)
Вячеслав Иванович Карпухин
Сергей Вячеславович Козлов (RU)
Сергей Вячеславович Козлов
Владимир Игоревич Сергеев (RU)
Владимир Игоревич Сергеев
Original Assignee
Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
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 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2011106221/07A priority Critical patent/RU2456631C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2456631C1 publication Critical patent/RU2456631C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method involves receiving signals from the current observation direction using an antenna system with integral (with number j=1), azimuth-differential (with number j=2), elevation angle-differential (with number j=3) channels and antennae q=1, 2,…Q compensation channels, coordinated processing of signals of each channel using Q+3 identical receiving channels, analogue-to-digital conversion of signals of each receiving channel and processing the digitised signals of each channel by calculating vectors of weight coefficients of the integral, azimuth-differential and elevation angle-differential channels and weighted summation of signals of the integral and compensation, azimuth-differential and compensation and elevation angle-differential and compensation channels, characterised by that, in order to calculate vectors of weight coefficients, constraint matrices for the shape of the resultant beam pattern of the integral, azimuth-differential and elevation angle-differential channels are formed first for all possible directions of observations in form of readings of values of the beam pattern of the integral, azimuth-differential, elevation angle-differential and compensation channels in r=1, 2,…, R constraint points, wherein for an odd number of constraint points, one of them lies in the given direction of observation, and the rest of the constraint points lie symmetrically about it and the direction finding planes; for an even number of constraint points, their positions lie symmetrically about the direction of observation and the direction finding planes; deviation of constraint points from the direction of observation is selected based on the minimum root-mean-square value of the error in estimating angular coordinates of the direction finding signal for the expected distributions of values of angular coordinates of arrival directions and power of the directing finding signal and noise; the constraint matrices are stored in constraint matrix memory; when processing digital signals of each channel, covariance matrices are formed for the integral, azimuth-differential, elevation angle-differential and compensation channels; the values of the constraint matrices for the integral, azimuth-differential and elevation angle-differential for the current observation direction are read from the constraint matrix memory, and to eliminate the effect of calibration errors, i=1, 2,…, I values of the regularisation parameter
Figure 00000127
are generated in form of a geometrical progression with the quotient Δµ=2…3 and initial value equal to the level of inherent noise of receiving channels; values of vectors of weight coefficients for the integral, azimuth-differential and elevation angle-differential channels corresponding to each regularisation parameter are generated based on the constraint matrices in accordance with a defined expression; the sum of squares of magnitudes of the weight coefficients for the integral, azimuth-differential and elevation angle-differential channels is then calculated for each value of the regularisation parameter; weighted summation of signals of the integral and compensation, azimuth-differential and compensation and elevation angle-differential and compensation channels is carried out and estimates of angular coordinates of the useful signal source are calculated for all values of vectors of weight coefficients for different values of the regularisation parameter; values of squares of angular distance between the angular coordinate estimates are calculated for neighbouring values of the regularisation parameter; values of angular coordinate estimates are calculated, which correspond to the first, in ascending order of the regularisation parameter, minimum square of angular distance between angular coordinate estimates provided the sum of squares of magnitudes of weight coefficients exceed an upper threshold value, and in the absence of said minimum, the angular coordinate estimates are those values which correspond to the value of the regularisation parameter where the sum of squares of magnitudes of the weight coefficient is closest to the lower threshold value without exceeding it.
EFFECT: high accuracy of direction finding.
6 dwg

Description

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может использоваться для проведения адаптивной компенсации воздействующих по боковым лепесткам диаграммы направленности суммарного и разностных каналов моноимпульсного амплитудного суммарно-разностного пеленгатора естественных и преднамеренных помех при стабилизации параметров (исключении смещения нулей и изменении крутизны) его пеленгационной характеристики и компенсации влияния ошибок калибровки приемных каналов.The invention relates to the field of radar technology and can be used to adaptively compensate the directional patterns of the total and difference channels of the monopulse amplitude total-difference direction finder of natural and deliberate interference during stabilization of parameters (eliminating zero displacement and changing slope) of its direction-finding characteristic and compensating for the effect calibration errors of the receiving channels.

Известен способ моноимпульсного суммарно-разностного пеленгования [Справочник по радиолокации под ред. М.Сколника, т.4. М.: Сов. радио, 1978, стр.16-21], заключающийся в приеме сигналов трехканальной моноимпульсной системой, содержащей суммарный и два разностных канала, переносе входных сигналов каждого канала на промежуточную частоту, усилении сигналов суммарного и разностных каналов с использованием общей системы автоматической регулировки усиления с целью обеспечения независимости сигналов суммарного и разностных каналов от уровня входного сигнала и фазовом детектировании сигналов разностных каналов при использовании в качестве опорных сигнала суммарного канала. На выходе фазовых детекторов формируются сигналы ошибки по разностным каналам, величина и знак которых определяют смещение цели от равносигнального направления.A known method of monopulse total-differential direction finding [Reference radar ed. M. Skolnik, vol. 4. M .: Sov. Radio, 1978, pp. 16-21], which consists in receiving signals from a three-channel monopulse system containing a total and two difference channels, transferring the input signals of each channel to an intermediate frequency, amplifying the signals of the total and difference channels using a common automatic gain control system with the aim of ensuring independence of the signals of the sum and difference channels from the input signal level and phase detection of the signals of the difference channels when using the sum channel as a reference signal ala. At the output of the phase detectors, error signals are generated along the difference channels, the magnitude and sign of which determine the target offset from the equal-signal direction.

Недостатком рассматриваемого способа моноимпульсного амплитудного суммарно-разностного пеленгования является его низкая помехозащищенность в отношении помех, воздействующих по боковым лепесткам диаграммы направленности суммарного и разностных каналов, приводящих к появлению систематических ошибок пеленгации, уровень которых зависит от отношения "сигнал/шум" и "помеха/шум" на входе пеленгатора и уровня диаграмм направленности каналов в направлении источников помех [Быков В.В., Бродский С.В., Овчинников Г.Н. Точность и устойчивость углового сопровождения цели при воздействии многоточечных помех на моноимпульсные РЛС по дальним боковым лепесткам диаграммы направленности антенны, Радиотехника, №10, 2000 г.].The disadvantage of the considered method of monopulse amplitude total-differential direction finding is its low noise immunity with respect to interference acting on the side lobes of the radiation pattern of the total and difference channels, leading to the appearance of systematic direction finding errors, the level of which depends on the signal-to-noise and noise / noise ratios "at the input of the direction finder and the level of the radiation patterns of the channels in the direction of the sources of interference [Bykov VV, Brodsky SV, Ovchinnikov GN The accuracy and stability of the angular tracking of the target under the influence of multipoint interference on monopulse radars along the far side lobes of the antenna radiation pattern, Radio engineering, No. 10, 2000].

Известен способ совместного формирования лучей в суммарной и разностных диаграммах направленности моноимпульсных антенных решеток [патент РФ 2120161, МПК H01Q 3/26, 1998 г.], основанный на взвешивании сигналов, принятых каждым излучателем, их разделении на два канала, суммировании сигналов, полученных с одноименных выходов делителей с соответственно прогрессивным нарастающим и убывающим фазовым сдвигом, обеспечивающим отклонение каждого луча по обобщенной координате на ±ΔU, где ΔU - расстояние максимумов лучей до равносигнального направления, и последующем образовании суммарной и разностной диаграмм направленности. Весовые коэффициенты сигналов, принятых каждым излучателем, выбирают равными алгебраической сумме весовых коэффициентов для данного излучателя, обеспечивающих формирование основной диаграммы направленности с максимумом, ориентированным в направлении Uo, и четырех диаграмм направленности, компенсирующих каждую помеху, действующую с направления Uп, из которых две диаграммы направленности ориентированы соответственно в направлениях (Uп+ΔU) и (Uп-ΔU), а другие две диаграммы направленности им зеркально симметричны относительно равносигнального направления и ориентированы соответственно в направлениях (2Uо-Uп-ΔU) и (2Uо-Uп+ΔU), причем веса симметричных пар компенсирующих диаграмм направленности выбирают одинаковыми. При этом достигается практически полное исключение искажений пеленгационной характеристики измерителя. Недостатком способа является необходимость наличия априорной информации о направлении воздействия помехи, что, как правило, не выполняется на практике.A known method for the joint formation of rays in the total and difference radiation patterns of monopulse antenna arrays [RF patent 2120161, IPC H01Q 3/26, 1998], based on the weighting of the signals received by each emitter, their separation into two channels, the summation of the signals received from the outputs of the same name dividers with respectively progressive increasing and decreasing phase shift, providing a deviation of each beam in the generalized coordinate by ± ΔU, where ΔU is the distance of the beam maxima to the equal signal direction, and osleduyuschem formation of the sum and difference patterns. The weighting coefficients of the signals received by each emitter are chosen equal to the algebraic sum of the weighting coefficients for a given emitter, providing the formation of a basic radiation pattern with a maximum oriented in the direction of U o and four radiation patterns compensating for each interference acting from the direction of U p , of which two radiation patterns are oriented respectively in the directions (U p + ΔU) and (U p -ΔU), and the other two radiation patterns are mirror symmetric with respect to the natural direction and oriented respectively in the directions (2U о -U п -ΔU) and (2U о -U п + ΔU), and the weights of symmetric pairs of compensating radiation patterns are chosen the same. In this case, almost complete elimination of distortions of the direction-finding characteristic of the meter is achieved. The disadvantage of this method is the need for a priori information about the direction of the interference, which, as a rule, is not performed in practice.

Известны адаптивные способы и реализующие их устройства компенсации, исключающие возможность искажения формы диаграммы направленности при приеме полезного сигнала, а также частичное его подавление. В этих системах используются методы ограничения по углу, которые можно разделить на три группы.Adaptive methods and compensation devices implementing them are known that exclude the possibility of distorting the shape of the radiation pattern when receiving a useful signal, as well as its partial suppression. These systems use angle restriction methods that can be divided into three groups.

К первой группе относятся способы и реализующие их устройства компенсации, в которых ограничения на форму диаграммы направленности вводятся с использованием пилот-сигналов [Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. - М.: Радио и связь, 1986, стр.226-228]. В рамках указанных способов требуется иметь большой динамический диапазон элементов системы компенсации, а также фильтрация пилот-сигналов на выходе, что является существенными недостатками способов данной группы.The first group includes methods and compensating devices that implement them, in which restrictions on the shape of the radiation pattern are introduced using pilot signals [Monzingo R.A., Miller T.U. Adaptive antenna arrays. - M.: Radio and Communications, 1986, pp. 226-228]. In the framework of these methods, it is required to have a large dynamic range of elements of the compensation system, as well as filtering pilot signals at the output, which are significant drawbacks of the methods of this group.

Ко второй группе относятся способы и реализующие их устройства компенсации, использующие для защиты главного лепестка диаграммы направленности "предварительную" (до адаптивного процессора) пространственную фильтрацию [Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. - М.: Радио и связь, 1986, стр.228-230; патент РФ 2013833, H01Q 25/02, H01Q 21/00, 1994 г.]. Указанные методы обеспечивают снижение влияния полезного сигнала на формирование результирующей диаграммы направленности в достаточно узкой пространственной области относительно ожидаемого направления прихода полезного сигнала и имеют высокую чувствительность к аппаратным ошибкам реализации - отличиям реального амплитудно-фазового распределения на апертуре системы от заданного априорно [Jablon N.K. Adaptive beamforming with the generalized sidelobe canceller in the presence of array imperfections IEEE Trans. Antennas and Propag. 1986. Vol.34, №8, p.996-1012].The second group includes methods and compensation devices that implement them, which use “preliminary” (up to the adaptive processor) spatial filtering to protect the main lobe of the radiation pattern [R. Monzingo, T.U. Miller Adaptive antenna arrays. - M .: Radio and communications, 1986, p. 228-230; RF patent 2013833, H01Q 25/02, H01Q 21/00, 1994]. These methods reduce the influence of the useful signal on the formation of the resulting radiation pattern in a rather narrow spatial region relative to the expected direction of arrival of the useful signal and are highly sensitive to hardware implementation errors — differences of the real amplitude-phase distribution from the system aperture from the given a priori [Jablon N.K. Adaptive beamforming with the generalized sidelobe canceller in the presence of array imperfections IEEE Trans. Antennas and Propag. 1986. Vol. 34, No. 8, p. 996-1012].

К третьей группе относятся способы и реализующие их устройства компенсации, использующие ограничения, вводимые непосредственно в контур управления с помощью пространственно-матричного фильтра [Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. - М.: Радио и связь, 1986, стр.163-165, 231-237]. Недостатком способов данной группы является их высокая чувствительность к ошибкам калибровки, под которыми понимаются ошибки определения (выравнивания) характеристик приемных каналов по амплитуде и фазе. Для парирования влияния указанных ошибок известен способ, основанный на использовании регуляризованных процедур адаптивной настройки пространственных фильтров [Абрамович Ю.И., Качур В.Г. Методы защиты отличающегося от опорного полезного сигнала в адаптивных процедурах с неклассифицированной обучающей выборкой. Радиотехника и электроника, том 35, №6, 1990, стр.1235-1242], однако метод определения параметра регуляризации не определен.The third group includes methods and compensation devices that implement them, using restrictions introduced directly into the control loop using a spatial-matrix filter [Monzingo RA, Miller T.U. Adaptive antenna arrays. - M.: Radio and Communications, 1986, pp. 163-165, 231-237]. The disadvantage of the methods of this group is their high sensitivity to calibration errors, which are understood as errors in determining (aligning) the characteristics of the receiving channels in amplitude and phase. To counter the influence of these errors, a method is known based on the use of regularized procedures for adaptive tuning of spatial filters [Abramovich Yu.I., Kachur V.G. Protection methods that differ from the reference useful signal in adaptive procedures with an unclassified training set. Radio engineering and electronics, volume 35, No. 6, 1990, p. 1235-1242], however, the method for determining the regularization parameter is not defined.

Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании, реализуемый при использовании моноимпульсного пеленгатора в составе цифровой радиолокационной головки самонаведения [Вексин С.И. Компенсация помех по боковым лепесткам в доплеровских головках самонаведения. Радиотехника, №9, 2002 г., стр.76…86; Вексин С.И. Обработка радиолокационных сигналов в доплеровских головках самонаведения. Издательство МАИ, 2005, стр.221-224].Closest to the proposed method (prototype) is a method of compensating for interference with a monopulse amplitude total-differential direction finding, implemented using a monopulse direction finder as part of a digital homing radar [Veksin S.I. Compensation for side lobe interference in Doppler homing heads. Radio engineering, No. 9, 2002, p. 76 ... 86; Veksin S.I. Processing of radar signals in Doppler homing heads. MAI Publishing House, 2005, pp. 212-224].

Существо способа заключается в том, что полезные (пеленгуемые) сигналы и помехи принимают основной антенной системой и антеннами компенсационных каналов, усиливают, переносят (при необходимости) на промежуточную частоту и осуществляют согласованную внутриимпульсную обработку в идентичных приемных каналах. После согласованной обработки сигналы суммарного

Figure 00000001
, разностных по азимуту
Figure 00000002
и углу места
Figure 00000003
и компенсационных
Figure 00000004
каналов поступают на аналого-цифровые преобразователи, где подвергаются преобразованию в цифровую форму. Выборку цифровых отсчетов сигналов обрабатывают в устройстве формирования результирующих сигналов и вычисления пеленгов путем последовательной реализации следующих операций:The essence of the method lies in the fact that useful (direction-finding) signals and interference are received by the main antenna system and the antennas of the compensation channels, amplified, transferred (if necessary) to the intermediate frequency, and coordinated intra-pulse processing is carried out in identical receiving channels. After consistent processing, the total
Figure 00000001
difference in azimuth
Figure 00000002
and corner of the place
Figure 00000003
and compensatory
Figure 00000004
channels are fed to analog-to-digital converters, where they are converted to digital form. A sample of digital samples of signals is processed in the device for generating the resulting signals and calculating bearings by sequentially implementing the following operations:

1.1) формируют ковариационную матрицу принимаемых компенсационными каналами сигналов с элементами

Figure 00000005
путем попарного перемножения сигналов, принимаемых различными компенсационными антеннами, и усреднения полученных результатов за заданный интервал времени;1.1) form the covariance matrix of the signals received by the compensation channels with elements
Figure 00000005
by pairwise multiplying the signals received by various compensation antennas, and averaging the results for a given time interval;

1.2) вычисляют векторы ковариаций сигналов суммарного, разностных и компенсационных каналов с элементами

Figure 00000006
;1.2) calculate the covariance vectors of the signals of the total, difference and compensation channels with elements
Figure 00000006
;

1.3) вычисляют векторы весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов1.3) calculate the vectors of the weighting coefficients of the total and difference channels

wj=-(Ф*)-1Gj;w j = - (Φ * ) -1 G j ;

1.4) проводят весовое суммирование сигналов суммарного и компенсационных и разностных и компенсационных каналов1.4) carry out the weighted summation of the signals of the total and compensation and difference and compensation channels

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Полученные компенсированные сигналы суммарного и разностных каналов используют для вычисления оценок угловых координат пеленгуемого сигнала по формулам [Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.: Сов. радио, 1970, стр.22-26]The obtained compensated signals of the total and difference channels are used to calculate the estimates of the angular coordinates of the direction finding signal according to the formulas [Leonov A.I., Fomichev K.I. Monopulse radar. M .: Sov. Radio, 1970, pp. 22-26]

Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000008
Figure 00000009

где µα(β) - крутизна пеленгационной характеристики по каналу азимута и угла места соответственно;

Figure 00000010
- среднее значение квадрата амплитуды сигнала суммарного канала за заданный интервал времени усреднения.where µ α (β) is the steepness of the direction-finding characteristic along the azimuth channel and elevation angle, respectively;
Figure 00000010
- the average value of the square of the amplitude of the signal of the total channel for a given interval of averaging time.

Недостатками прототипа являются низкая точность пеленгования в случае формирования ковариационной матрицы помех компенсационных каналов и вектор-столбцов ковариаций сигналов суммарного, разностных и компенсационных каналов по выборке, содержащей наряду с помехами полезный пеленгуемый сигнал, смещения нулей и изменения крутизны пеленгационных характеристик в азимутальной и угломестной плоскостях, представляющих собой зависимости математических ожиданий оценки угловых положений полезного сигнала на выходе пеленгатора в двух плоскостях пеленгации от угловых отклонений источника полезного сигнала от направления максимума суммарного канала (равносигнального направления), при формировании ковариационной матрицы помех по выборке, содержащей только помехи при их воздействии с отдельных направлений. В случае формирования ковариационной матрицы помех по выборке, содержащей кроме помех полезный пеленгуемый сигнал, "провал" в результирующей диаграмме направленности суммарного и разностных каналов будет сформирован не только в направлении помех, но и самого полезного сигнала, в результате чего в измерителе будет утеряна полезная информация о его угловых координатах. Во втором случае формирование провалов в результирующей диаграмме направленности разностных каналов может привести к смещению их нулей, а суммарного канала - к изменению его уровня, что в свою очередь приведет к изменению условий нормировки при вычислении угловых координат при реализации суммарно-разностной обработки и изменению крутизны пеленгационной характеристики.The disadvantages of the prototype are the low accuracy of direction finding in the case of the formation of a covariance matrix of interference of the compensation channels and vector columns of the covariances of the signals of the total, difference and compensation channels for a sample containing, along with the interference, a useful direction-finding signal, zero offsets and changes in the steepness of direction-finding characteristics in the azimuthal and elevation planes, which are the dependences of the mathematical expectations of the estimation of the angular positions of the useful signal at the output of the direction finder in two planes bones of direction finding from angular deviations of the source of the useful signal from the direction of the maximum of the total channel (equal signal direction), when forming a covariance interference matrix for a sample containing only interference when exposed from separate directions. In the case of the formation of a covariance interference matrix for a sample containing, in addition to interference, a useful direction finding signal, a “failure” in the resulting radiation pattern of the sum and difference channels will be generated not only in the direction of interference, but also in the useful signal itself, as a result of which useful information will be lost in the meter about its angular coordinates. In the second case, the formation of dips in the resulting radiation pattern of difference channels can lead to a shift of their zeros, and the total channel to a change in its level, which in turn will lead to a change in the normalization conditions when calculating the angular coordinates when implementing the total-difference processing and a change in the steepness of direction finding characteristics.

Техническим результатом изобретения является повышение точности пеленгации за счет компенсации воздействующих по боковым лепесткам суммарного и разностных каналов пеленгатора помех за счет сохранения положений нулей и величин крутизны пеленгационных характеристик при наличии ошибок калибровки приемных каналов.The technical result of the invention is to increase the accuracy of direction finding by compensating for the interference on the side lobes of the total and differential channels of the direction finder due to the preservation of the positions of zeros and steepness of direction finding characteristics in the presence of calibration errors of the receiving channels.

Указанный результат достигается тем, что в способе компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании, заключающемся в приеме сигналов антенной системой с суммарным (с номером j=1), разностным по азимуту (с номером j=2) и разностным по углу места (с номером j=3) и антеннами q=1, 2, …, Q компенсационных каналов, согласованной обработке сигналов каждого канала с использованием Q+3 идентичных приемных каналов, аналого-цифровом преобразовании сигналов каждого приемного канала и обработке оцифрованных сигналов каждого приемного канала в устройстве формирования результирующих сигналов и вычисления пеленгов с вычислением векторов весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов и взвешенном суммировании сигналов суммарного и компенсационных, разностного по азимуту и компенсационных, разностного по углу места и компенсационных каналов, для вычисления векторов весовых коэффициентов предварительно формируют матрицы ограничений на форму результирующей диаграммы направленности суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов для всех возможных направлений наблюдения в виде отсчетов значений диаграмм направленности суммарного, разностного по азимуту, разностного по углу места и компенсационных каналов в r=1, 2, …, R точках ограничений, при этом при нечетном числе точек ограничений одну из них располагают в заданном направлении наблюдения, а остальные точки ограничения располагают симметрично относительно нее и плоскостей пеленгации, при четном числе точек ограничений их положения располагают симметрично относительно направления наблюдения и плоскостей пеленгации, отклонения точек ограничений от направления наблюдения выбирают исходя из минимума среднеквадратической величины ошибки оценки угловых координат пеленгуемого сигнала для ожидаемых распределений значений угловых координат направлений прихода и мощностей пеленгуемого сигнала и помех, запоминают матрицы ограничений в устройстве памяти матриц ограничений, а при обработке оцифрованных сигналов каждого канала формируют ковариационные матрицы суммарного, разностного по азимуту, разностного по углу места и компенсационных каналов, считывают значения матриц ограничений суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов для текущего направления наблюдения из устройства памяти матриц ограничений, формируют i=1, 2, …, I значений параметра регуляризации

Figure 00000011
в виде геометрической прогрессии со знаменателем Δµ=2…3 и начальным значением, равным уровню собственных шумов приемных каналов пеленгатора, формируют соответствующие каждому параметру регуляризации значения векторов весовых коэффициентов суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов с учетом матриц ограничений в соответствии с выражениемThis result is achieved by the fact that in the method of compensating for noise during a monopulse amplitude total-differential direction finding, which consists in receiving signals by an antenna system with a total (with number j = 1), difference in azimuth (with number j = 2) and difference in elevation ( with number j = 3) and antennas q = 1, 2, ..., Q of compensation channels, coordinated processing of signals of each channel using Q + 3 identical receiving channels, analog-to-digital conversion of signals of each receiving channel and processing of digitized signals of each receiving channel in the device for generating the resulting signals and calculating bearings with the calculation of the vectors of the weight coefficients of the total and difference channels and the weighted summation of the signals of the total and compensation, difference in azimuth and compensation, difference in elevation and compensation channels, constraint matrices are preliminarily formed for calculating the weight vectors on the shape of the resulting radiation pattern of the total, difference in azimuth and difference in angle of elevation of the channel catch for all possible directions of observation in the form of readings of the values of the radiation patterns of the total, difference in azimuth, difference in elevation and compensation channels at r = 1, 2, ..., R constraint points, while with an odd number of restriction points, one of them is located in a given direction of observation, and the remaining restriction points are located symmetrically relative to it and the direction finding planes, with an even number of limit points their positions are located symmetrically relative to the direction of observation and the direction finding, deviations of the restriction points from the direction of observation are selected based on the minimum mean square error of the estimate of the angular coordinates of the direction finding signal for the expected distributions of the values of the angular coordinates of the directions of arrival and the strengths of the direction finding signal and interference, the restriction matrices are stored in the memory of the restriction matrixes, and each of the digitized signals is processed channel form covariance matrices total, difference in azimuth, difference in elevation and compensation ka bins, read the values of the restriction matrices of the sum, difference in azimuth and difference in elevation channels for the current direction of observation from the memory device of the restriction matrices, form i = 1, 2, ..., I values of the regularization parameter
Figure 00000011
in the form of a geometric progression with the denominator Δ µ = 2 ... 3 and the initial value equal to the level of the intrinsic noise of the receiving channels of the direction finder, form the values of the vectors of the weight coefficients of the total, difference in azimuth and difference in angle of elevation channels corresponding to each regularization parameter in accordance with the restriction matrices in accordance with expression

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

где Фj - ковариационная матрица принимаемых сигналов для j-го канала; I - единичная диагональная матрица;

Figure 00000013
- текущее значение параметра регуляризации;where Ф j - covariance matrix of received signals for the j-th channel; I is the unit diagonal matrix;
Figure 00000013
- the current value of the regularization parameter;

Figure 00000014
- матрица ограничений для j-го канала;
Figure 00000014
- matrix of constraints for the j-th channel;

Figure 00000015
- вектор-столбец ограничений для j-го канала, образуемый из значений первой строки матрицы Cj;
Figure 00000016
;
Figure 00000017
- отсчеты значений диаграмм направленности j-го суммарного или разностного и q-го компенсационного каналов в точках ограничений; «+» - знак эрмитова сопряжения, вычисляют сумму квадратов модулей весовых коэффициентов суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов для каждого из значений параметра регуляризации, проводят весовое суммирование и вычисляют оценки угловых координат полезного сигнала для всех значений векторов весовых коэффициентов при различных значениях параметра регуляризации, рассчитывают значения квадратов углового расстояния между оценками угловых координат для соседних значений параметра регуляризации, определяют значения оценок угловых координат, соответствующих первому в порядке возрастания параметра регуляризации минимуму квадрата углового расстояния между оценками угловых координат при условии непревышения суммы квадратов модулей весовых коэффициентов верхнего порогового значения, а при отсутствии указанного минимума в качестве оценок угловых координат принимают значения, соответствующие значению параметра регуляризации, при котором сумма квадратов модулей весовых коэффициентов наиболее близка к нижнему пороговому значению, не превышая его.
Figure 00000015
is the constraint column vector for the j-th channel, formed from the values of the first row of the matrix C j ;
Figure 00000016
;
Figure 00000017
- counts of the values of the radiation patterns of the j-th total or difference and q-th compensation channels at the constraint points; “+” Is the sign of the Hermitian conjugation, the sum of the squared modules of the weight coefficients of the total, difference in azimuth and difference in elevation of the channels for each of the values of the regularization parameter is calculated, weight summation is carried out and estimates of the angular coordinates of the useful signal for all values of the vectors of the weight coefficients for various values of the regularization parameter, calculate the squares of the angular distance between the estimates of the angular coordinates for adjacent values of the regularization parameter, determine beginning of estimates of the angular coordinates corresponding to the first in the order of increasing regularization parameter minimum of the squared angular distance between the estimates of the angular coordinates provided that the sum of the squared modules of the weight coefficients of the upper threshold value does not exceed, and in the absence of the specified minimum, the values corresponding to the value of the regularization parameter are taken as the estimates of the angular coordinates, in which the sum of the squared moduli of the weighting coefficients is closest to the lower threshold value, not exceed nd it.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ. На фиг.2 приведены зависимости суммы квадратов весовых коэффициентов и нормированного к максимальному значению коэффициента направленного действия суммарного канала по мощности в направлении полезного сигнала от параметра регуляризации. На фиг.3 приведены зависимости коэффициента компенсации помехи в суммарном канале от параметра регуляризации. На фиг.4 приведены зависимости оценок азимута

Figure 00000018
и угла места
Figure 00000019
в двух реализациях моделирования работы пеленгатора с компенсацией помех от параметра регуляризации. На фиг.5 приведены зависимости величины
Figure 00000020
- суммы квадратов производных оценок азимута и угла места пеленгуемого сигнала по параметру регуляризации, от самого параметра регуляризации. На фиг.6 приведены результаты расчетов нормированной к ширине главного лепестка суммарного канала среднеквадратической величины ошибки оценки угловых координат пеленгуемого сигнала от нормированных к ширине диаграммы направленности суммарного канала отклонений ограничений от направления наблюдения.Figure 1 shows the structural diagram of a device that implements the inventive method. Figure 2 shows the dependence of the sum of the squares of the weight coefficients and normalized to the maximum value of the coefficient of directional action of the total channel in power in the direction of the useful signal from the regularization parameter. Figure 3 shows the dependence of the interference compensation coefficient in the total channel on the regularization parameter. Figure 4 shows the dependence of the azimuth estimates
Figure 00000018
and elevation
Figure 00000019
in two implementations of direction finder simulation with interference compensation from the regularization parameter. Figure 5 shows the dependence of the value
Figure 00000020
- the sum of the squares of the derived estimates of the azimuth and elevation of the direction-finding signal with respect to the regularization parameter, from the regularization parameter itself. Figure 6 shows the results of calculations normalized to the width of the main lobe of the total channel of the root mean square value of the error in estimating the angular coordinates of the direction finding signal from the deviations of the restrictions from the direction of observation normalized to the width of the radiation pattern of the total channel.

Устройство, реализующее заявляемый способ (фиг.1), содержит основную моноимпульсную антенную систему 1 и q=1, 2, …, Q антенн 2.1…2.Q компенсационных каналов, выходы которых подключены к Q+3 последовательно соединенным идентичным приемным каналам 3.1…3.Q+3 и аналого-цифровым преобразователям 4.1…4.Q+3, выходы которых подключены к вычислителю ковариационных матриц 5 и первым сигнальным входам i=1, 2, …, I вычислителей векторов весовых коэффициентов 6.1…6.I, выход вычислителя ковариационных матриц подключен ко вторым сигнальным входам вычислителей векторов весовых коэффициентов 6.1…6.I, к информационным входам которых подключено устройство памяти матриц ограничений 7. Первые выходы вычислителей векторов весовых коэффициентов 6.1…6.I подключены ко входам устройства вычисления разности квадратов оценок угловых координат 8. Выходы устройства вычисления разности квадратов оценок угловых координат и вторые выходы вычислителей векторов весовых коэффициентов 6.1…6.I подключены к блоку логического выбора 9.A device that implements the inventive method (figure 1), contains the main monopulse antenna system 1 and q = 1, 2, ..., Q antennas 2.1 ... 2.Q compensation channels, the outputs of which are connected to Q + 3 in series with identical receiving channels 3.1 ... 3.Q + 3 and analog-to-digital converters 4.1 ... 4.Q + 3, the outputs of which are connected to the calculator of covariance matrices 5 and the first signal inputs i = 1, 2, ..., I of the calculators of vectors of weight coefficients 6.1 ... 6.I, output the covariance matrix calculator is connected to the second signal inputs of the vector calculators weight coefficients 6.1 ... 6.I, to the information inputs of which a constraint matrix memory device is connected 7. The first outputs of the weight vector calculators 6.1 ... 6.I are connected to the inputs of the device for calculating the difference of squares of estimates of angular coordinates 8. Outputs of the device for calculating the difference of squares of estimates of angular coordinates and the second outputs of the weight vector calculators 6.1 ... 6.I are connected to the logical selection unit 9.

Реализация предлагаемого способа адаптивной пространственной компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании со стабилизацией параметров пеленгационной характеристики и при наличии ошибок калибровки приемных каналов состоит в следующем.Implementation of the proposed method for adaptive spatial interference compensation during monopulse amplitude total-differential direction finding with stabilization of the direction-finding characteristic parameters and in the presence of calibration errors of the receiving channels is as follows.

Предварительно (при настройке и калибровке пеленгатора) для всех возможных s=1, 2, …, S направлений наблюдения (угловых направлений механического или электронного ориентирования максимума главного лепестка суммарного канала основной моноимпульсной антенной системы 1) с угловыми координатами (αS, βS) в блоке 7 формируют матрицы ограничений

Figure 00000021
на форму результирующей диаграммы направленности суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов видаPreliminarily (when adjusting and calibrating the direction finder) for all possible s = 1, 2, ..., S directions of observation (angular directions of the mechanical or electronic orientation of the maximum of the main lobe of the total channel of the main monopulse antenna system 1) with angular coordinates (α S , β S ) block 7 form the matrix of constraints
Figure 00000021
on the form of the resulting radiation pattern of the total, difference in azimuth and difference in elevation of the channel type

Figure 00000022
Figure 00000022

представляющие собой отсчеты значений диаграмм направленности суммарного, разностного по азимуту, разностного по углу места и компенсационных каналов в r=1, 2, …, R точках ограничений, отстоящих по азимуту и углу места от направления наблюдения (αS, βS) на (

Figure 00000023
,
Figure 00000024
), и запоминают их в устройстве памяти матриц ограничений 7.which are the readings of the values of the directivity patterns of the total, difference in azimuth, difference in elevation and compensation channels at r = 1, 2, ..., R points of limitations that are separated in azimuth and elevation from the direction of observation (α S , β S ) at (
Figure 00000023
,
Figure 00000024
), and store them in the memory device of the matrix of constraints 7.

Полезные (пеленгуемые) сигналы и помехи принимают основной антенной системой 1 и антеннами компенсационных каналов 2.1…2.Q, осуществляют согласованную внутриимпульсную обработку в идентичных приемных каналах 3.1…3.Q+3. После согласованной обработки сигналы суммарного

Figure 00000025
, разностных по азимуту
Figure 00000026
и углу места
Figure 00000027
и компенсационных
Figure 00000028
каналов поступают на аналого-цифровые преобразователи 4.1…4.Q+3, где подвергаются преобразованию в цифровую форму. Выборки цифровых отсчетов сигналов поступают на устройство формирования ковариационных матриц 5, где осуществляется вычисление ковариационных матриц помех суммарного и разностных каналов с элементами
Figure 00000029
;
Figure 00000030
;
Figure 00000031
, и первые сигнальные входы вычислителей векторов весовых коэффициентов 6.1…6.I.Useful (direction-finding) signals and interference are received by the main antenna system 1 and the antennas of the compensation channels 2.1 ... 2.Q, they carry out coordinated intra-pulse processing in identical receiving channels 3.1 ... 3.Q + 3. After consistent processing, the total
Figure 00000025
difference in azimuth
Figure 00000026
and corner of the place
Figure 00000027
and compensatory
Figure 00000028
channels are fed to analog-to-digital converters 4.1 ... 4.Q + 3, where they are converted to digital form. The samples of the digital samples of the signals are fed to the covariance matrix generation device 5, where the covariance interference matrices of the total and difference channels with elements are calculated
Figure 00000029
;
Figure 00000030
;
Figure 00000031
, and the first signal inputs of the weight vector calculators 6.1 ... 6.I.

Сформированные в устройстве формирования ковариационных матриц 5 ковариационные матрицы суммарного и разностных каналов обрабатывают в вычислителях векторов весовых коэффициентов 6.1…6.I путем последовательной реализации следующих операций:The covariance matrices of the total and difference channels formed in the covariance matrix 5 forming device 5 are processed in the calculators of the weight coefficients vectors 6.1 ... 6.I by sequential implementation of the following operations:

вычисляют параметр регуляризации

Figure 00000032
, где i - порядковый номер вычислителя векторов весовых коэффициентов; Δµ - шаг изменения параметра регуляризации;
Figure 00000033
- начальное значение параметра регуляризации, равное мощности собственных шумов приемных каналов пеленгатора;calculate the regularization parameter
Figure 00000032
where i is the serial number of the weight vector calculator; Δ µ is the step of changing the regularization parameter;
Figure 00000033
- the initial value of the regularization parameter, equal to the power of the own noise of the receiving channels of the direction finder;

считывают значения матриц ограничений суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов для текущего направления наблюдения (αS, βS) видаread the values of the constraint matrices of the total, difference in azimuth and difference in the elevation angle of the channels for the current direction of observation (α S , β S ) of the form

Figure 00000014
Figure 00000014

из устройства памяти матриц ограничений 7;from the memory device of the matrix of restrictions 7;

вычисляют векторы и значения суммы квадратов модулей весовых коэффициентов суммарного и разностных каналовcalculate the vectors and the sum of the squares of the modules of the weight coefficients of the total and difference channels

Figure 00000034
,
Figure 00000034
,

где

Figure 00000035
- вектор-столбец ограничений для j-го канала, образуемый из значений первой строки матрицы Cj, и значения суммы квадратов модулей весовых коэффициентовWhere
Figure 00000035
is the column vector of constraints for the j-th channel, formed from the values of the first row of the matrix C j , and the values of the sum of the squared modules of the weight coefficients

Figure 00000036
Figure 00000036

суммарного и разностных каналов для различных значений параметра регуляризации, где

Figure 00000037
- норма вектора;total and difference channels for various values of the regularization parameter, where
Figure 00000037
is the norm of the vector;

проводят весовое суммирование сигналов суммарного и компенсационных и разностных и компенсационных каналов и вычисляют оценки (

Figure 00000038
,
Figure 00000039
) угловых координат пеленгуемого сигналаcarry out the weighted summation of the signals of the total and compensation and difference and compensation channels and calculate the estimates (
Figure 00000038
,
Figure 00000039
) angular coordinates of the direction finding signal

Figure 00000040
и
Figure 00000040
and

Figure 00000041
Figure 00000042
Figure 00000041
Figure 00000042

Величины (

Figure 00000038
,
Figure 00000043
) поступают на первые, а величины wΣi - на вторые выходы вычислителей векторов весовых коэффициентов 6.1…6.I.Values (
Figure 00000038
,
Figure 00000043
) arrive at the first, and the quantities w Σi - at the second outputs of the calculators of vectors of weight coefficients 6.1 ... 6.I.

В устройстве вычисления разности квадратов оценок угловых координат 8 осуществляется вычисление значенийIn the device for calculating the difference of the squares of the estimates of the angular coordinates 8, the calculation of the values

Figure 00000044
,
Figure 00000044
,

представляющих собой квадраты угловых расстояний между оценками угловых координат для соседних значений параметра регуляризации.representing the squares of the angular distances between the estimates of the angular coordinates for adjacent values of the regularization parameter.

В блоке логического выбора 9 осуществляется выбор значения (

Figure 00000045
,
Figure 00000046
), соответствующего первому минимуму Δi при условии
Figure 00000047
, где
Figure 00000048
- верхнее (при поиске минимума) значение максимальной суммы квадратов модулей весовых коэффициентов; при отсутствии минимума Δi осуществляется выбор значения (
Figure 00000045
,
Figure 00000046
), соответствующего
Figure 00000049
, где
Figure 00000050
- нижнее (при отсутствии минимума) значение максимальной суммы квадратов модулей весовых коэффициентов.In the logical selection block 9, a value is selected (
Figure 00000045
,
Figure 00000046
) corresponding to the first minimum Δ i under the condition
Figure 00000047
where
Figure 00000048
- the upper (when searching for the minimum) value of the maximum sum of squares of the modules of weight coefficients; in the absence of a minimum Δ i , the value (
Figure 00000045
,
Figure 00000046
) corresponding to
Figure 00000049
where
Figure 00000050
- the lower (in the absence of a minimum) value of the maximum sum of squares of the modules of weight coefficients.

Проведем обоснование содержания отличительных операций предлагаемого способа адаптивной пространственной компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании и наличии ошибок калибровки приемных каналов. При этом под ошибками калибровки понимаются любые виды ошибок, возникающих при настройке и эксплуатации приемных каналов, пересчитываемые ко входу антенн каналов и приводящие к различиям истинных и запомненных в матрицах ограничений отсчетов значений диаграмм направленности суммарного, разностных и компенсационных каналов.Let us justify the content of the distinctive operations of the proposed method for adaptive spatial interference compensation during monopulse amplitude total-difference direction finding and the presence of calibration errors of the receiving channels. In this case, calibration errors are understood to mean any types of errors that occur during the setup and operation of the receiving channels, recalculated to the input of the channel antennas and leading to differences in the true and stored in the matrices of the limitations of the samples of the values of the radiation patterns of the sum, difference and compensation channels.

Предлагаемый способ характеризуется сильной взаимосвязью операций, реализуемых при компенсации помех и собственно моноимпульсном пеленговании, и имеет следующие позволяющие достигнуть поставленной цели особенности.The proposed method is characterized by a strong interconnection of operations implemented in the compensation of interference and actually monopulse direction finding, and has the following features allowing to achieve this goal.

Так как векторы весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов формируются с учетом запомненной матрицы ограничений, элементы которой удовлетворяют системам уравненийSince the vectors of the weighting coefficients of the total and difference channels are formed taking into account the stored matrix of constraints, the elements of which satisfy the systems of equations

Figure 00000051
,
Figure 00000051
,

уровни диаграмм направленности суммарного (j=1), разностных (j=2, 3)

Figure 00000052
и компенсационных каналов
Figure 00000053
в точках ограничений и ошибки калибровки указанных уровней
Figure 00000054
,
Figure 00000055
удовлетворяют соотношениямradiation pattern levels of the total (j = 1), differential (j = 2, 3)
Figure 00000052
and compensation channels
Figure 00000053
at the points of limitations and calibration errors of the indicated levels
Figure 00000054
,
Figure 00000055
satisfy the relations

Figure 00000056
и
Figure 00000057
,
Figure 00000056
and
Figure 00000057
,

а расположение точек ограничений выбирается из условия минимума среднеквадратической величины ошибки оценки угловых координат пеленгуемого сигнала в заданной пространственной областиand the location of the constraint points is selected from the condition of the minimum of the mean square error of the estimate of the angular coordinates of the direction finding signal in a given spatial region

Figure 00000058
,
Figure 00000058
,

гдеWhere

Figure 00000059
Figure 00000059

- среднеквадратической величины ошибки оценки угловых координат пеленгуемого сигнала при усреднении на множестве пространственно-энергетических ситуаций и ансамблей реализаций полезного сигнала и помех;

Figure 00000060
- средний квадрат ошибки в заданной пространственно-энергетической ситуации при усреднении по ансамблям реализаций полезного сигнала и помех;
Figure 00000061
- угол между векторами (
Figure 00000062
,
Figure 00000063
) оценки и истинным (α0, β0) значением пространственных координат пеленгуемого сигнала в заданной пространственно-энергетической ситуации и реализациях сигнала и помех; Wc0, β0, Р0), Wпп, βп, Pп) - законы распределения пространственно-энергетических параметров полезного сигнала и помех соответственно, исключается существенное изменение амплитудно-фазовых соотношений между мгновенными значениями напряжений полезного сигнала на выходах суммарного и разностных каналов при реализации компенсации помех при приходе полезного сигнала с угловых направлений, соответствующих точкам ограничений и близких к ним [Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1986, стр.123; Фрост. Алгоритм линейно-ограниченной обработки сигналов в адаптивной решетке. ТИИЭР, т.60, №8, 1972, стр.5-16]. Отметим, что величина
Figure 00000064
включает в себя как смещение оценки, обусловленное искажениями результирующих диаграмм направленности суммарного и разностных каналов, так и флуктуационную составляющую, обусловленную взаимодействием и случайным характером полезного сигнала, помех и внутренних шумов в приемных каналах пеленгатора.- the mean square error of the estimation of the angular coordinates of the direction-finding signal when averaging over a variety of spatio-energy situations and ensembles of realizations of the useful signal and interference;
Figure 00000060
- the average square of the error in a given spatio-energy situation when averaging over ensembles of realizations of the useful signal and interference;
Figure 00000061
is the angle between the vectors (
Figure 00000062
,
Figure 00000063
) estimates and the true (α 0 , β 0 ) value of the spatial coordinates of the direction-finding signal in a given spatial-energy situation and the implementation of the signal and interference; W c0 , β 0 , P 0 ), W pp , β p , P p ) are the distribution laws of the spatial and energy parameters of the useful signal and interference, respectively, a significant change in the amplitude-phase relations between the instantaneous values of the useful voltages is excluded the signal at the outputs of the total and difference channels in the implementation of compensation for interference upon arrival of a useful signal from angular directions corresponding to the points of limitations and close to them [Monzingo R.A., Miller T.U. Adaptive antenna arrays. M .: Radio and communications, 1986, p. 123; Frost Algorithm of linearly-limited signal processing in the adaptive lattice. TIIER, vol. 60, No. 8, 1972, pp. 5-16]. Note that the quantity
Figure 00000064
It includes both the estimation bias due to distortions in the resulting radiation patterns of the sum and difference channels, and the fluctuation component due to the interaction and random nature of the useful signal, noise, and internal noise in the receiving channels of the direction finder.

Покажем необходимость проведения регуляризации и выбора оценок угловых координат, исходя из минимума величины Δi при наличии ошибок калибровки приемных каналов.We show the need for regularization and selection of estimates of the angular coordinates based on the minimum of Δ i in the presence of calibration errors of the receiving channels.

При отсутствии ошибок калибровки выполняются условия (для упрощения записи принято, что текущее направление наблюдения αss=0)If there are no calibration errors, the conditions are fulfilled (to simplify the recording, it is accepted that the current direction of observation is α s = β s = 0)

Figure 00000065
,
Figure 00000066
и
Figure 00000067
,
Figure 00000065
,
Figure 00000066
and
Figure 00000067
,

где Fjii)=(Fпjii), Fк1ii), …, FкQii))T; (αi, βi) - угловые направления прихода помех; m=1, 2, …, M - номера источников помех; (α0, β0) - угловое направление прихода полезного сигнала.where F ji , β i ) = (F пji , β i ), Fк 1i , β i ), ..., Fк Qi , β i )) T ; (α i , β i ) - angular directions of arrival of interference; m = 1, 2, ..., M are the numbers of interference sources; (α 0 , β 0 ) is the angular direction of arrival of the useful signal.

При наличии ошибок калибровки для m=1, 2, …, М помеховых (не защищенных ограничениями) направлений выполняются условия

Figure 00000068
, где Fискjmm)=Fjmm)+ΔFjmm) - искаженный вектор амплитудно-фазового распределения;If there are calibration errors for m = 1, 2, ..., M interference (not protected by restrictions) directions, the conditions are satisfied
Figure 00000068
where F claim jm , β m ) = F jm , β m ) + ΔF jm , β m ) is the distorted amplitude-phase distribution vector;

ΔFjimm)=(ΔFпjmm), ΔFк1mm), …, ΔFкQmm))T - вектор ошибок калибровки для j-го канала;

Figure 00000069
,
Figure 00000070
- ошибки калибровки j-го суммарного или разностных и q-го компенсационного каналов соответственно.ΔF jim , β m ) = (ΔF пjm , β m ), ΔFк 1m , β m ), ..., ΔFк Qm , β m )) T is the vector of calibration errors for j channel
Figure 00000069
,
Figure 00000070
- calibration errors of the jth total or difference and qth compensation channels, respectively.

В направлении (α0, β0) представим вектор ΔFj0, β0) в видеIn the direction (α 0 , β 0 ) we represent the vector ΔF j0 , β 0 ) in the form

Figure 00000071
Figure 00000071

где

Figure 00000072
- составляющая, коллинеарная неискаженному вектору амплитудно-фазового распределения; χ(wj) - коэффициент пропорциональности; ΔFxj0, β0) - дополнительная составляющая.Where
Figure 00000072
- component collinear to the undistorted vector of the amplitude-phase distribution; χ (w j ) is the coefficient of proportionality; ΔF xj0 , β 0 ) is an additional component.

Мощность полезного сигнала на выходе j-го суммарного или разностного канала:The power of the useful signal at the output of the j-th total or differential channel:

Figure 00000073
Figure 00000073

Независимо от знака второго слагаемого в (2) глобальный минимум (Рвых→0) выходной мощности при одновременном выполнении условия ограничения

Figure 00000074
достигается при χ(w)→-1 и
Figure 00000075
. Физически это соответствует такому представлению вектора искажений, что
Figure 00000076
Regardless of the sign of the second term in (2) global minimum (P → O 0) of the output power when both of the limit conditions
Figure 00000074
is achieved when χ (w) → -1 and
Figure 00000075
. Physically, this corresponds to such a representation of the distortion vector that
Figure 00000076

Таким образом, при наличии ошибок калибровки и приходе полезного сигнала с направления ограничения или близкого к нему возникает фиктивный источник помехи, физическая компенсация которого происходит путем выставления "нулей" результирующих диаграмм суммарного и разностных каналов с учетом ошибок калибровки в направлении прихода полезного сигнала при выполнении ограничений относительно неискаженных диаграмм суммарного и разностных каналов.Thus, in the presence of calibration errors and the arrival of a useful signal from the direction of limitation or close to it, a fictitious noise source arises, the physical compensation of which occurs by setting the “zeros” of the resulting diagrams of the total and difference channels, taking into account calibration errors in the direction of arrival of the useful signal when the restrictions are met relatively undistorted diagrams of the total and difference channels.

При проведении регуляризации линейно-ограниченного фильтра при возрастании параметра

Figure 00000077
до определенного значения
Figure 00000078
имеет место стабилизация значения результирующей (компенсированной) диаграммы направленности в направлении на полезный сигнал при сохранении эффективного подавления помех. При дальнейшем возрастании
Figure 00000079
эффективность подавления помех снижается [Абрамович Ю.И., Качур В.Г. Методы защиты отличающегося от опорного полезного сигнала в адаптивных процедурах с неклассифицированной обучающей выборкой. Радиотехника и электроника, том 35, №6, 1990, стр.1235-1242]. Исходя из этой закономерности, в моноимпульсных измерителях должна существовать область стабильных оценок угловых координат пеленгуемого сигнала, близких к случаю измерений в беспомеховой обстановке и при отсутствии компенсации помех.When carrying out regularization of a linearly bounded filter with increasing parameter
Figure 00000077
to a certain value
Figure 00000078
there is a stabilization of the value of the resulting (compensated) radiation pattern in the direction of the useful signal while maintaining effective interference suppression. With further increase
Figure 00000079
interference suppression efficiency is reduced [Abramovich Yu.I., Kachur V.G. Protection methods that differ from the reference useful signal in adaptive procedures with an unclassified training set. Radio Engineering and Electronics, Volume 35, No. 6, 1990, pp. 1235-1242]. Based on this regularity, in monopulse meters, there should be a region of stable estimates of the angular coordinates of the direction-finding signal, close to the case of measurements in an interference-free environment and in the absence of interference compensation.

Наличие указанной закономерности подтверждалось в ходе вычислительного эксперимента. Рассматривалась реализация способа с использованием моноимпульсной основной антенной системы, реализованной на базе квадратной антенной решетки из 21×21 элементов с межэлементным расстоянием λ/2, где λ - длина волны, Q=8 компенсационных антенн с квадратными апертурами размером

Figure 00000080
каждая располагались симметрично относительно плоскостей пеленгации по краям основной антенной системы, М=1 источник помех с эквивалентным отношением сигнал/внутренний шум
Figure 00000081
, где
Figure 00000082
- мощность внутренних шумов приемных каналов, для случая воздействия по максимуму главного лепестка суммарного канала, находился на угловом направлении, соответствующем максимуму первого бокового лепестка суммарного канала, направление прихода полезного сигнала соответствовало направлению наблюдения (центру пеленгационной характеристики), нормированное к ширине главного лепестка суммарного канала отклонение ограничений от направления наблюдения принималось равным ν=0,14. Исследовались зависимости суммы квадратов весовых коэффициентов
Figure 00000083
и коэффициента направленного действия суммарного канала по мощности в направлении полезного сигнала
Figure 00000084
(фиг.2), коэффициента компенсации помехи в суммарном канале Кп (фиг.3), оценок азимута
Figure 00000085
и угла места
Figure 00000086
(фиг.4) и величины
Figure 00000087
(фиг.5) от параметра регуляризации
Figure 00000088
, j=1, 2, 3. Независимые ошибки калибровки суммарного и разностных каналов формировались как ошибки множителя синфазной решетки при независимых нормально распределенных амплитудных и фазовых ошибках каждого элемента решетки со среднеквадратическими отклонениями σφ=15° и σА=15% соответственно. Независимые ошибки калибровки компенсационных каналов соответствовали ошибкам в синфазной решетке при аналогичных суммарному и разностным каналам ошибкам элементов. Результаты вычислительного эксперимента приведены для двух (1, 2) реализаций ошибок калибровки. Нанесенные на рисунке величины (
Figure 00000089
,
Figure 00000090
) и (
Figure 00000091
,
Figure 00000092
) представляют собой оценки угловых координат моноимпульсным пеленгатором в присутствии ошибок калибровки суммарного и разностных каналов в двух реализациях при отсутствии внешних помех и отключенной пространственной компенсации. При
Figure 00000093
полезный сигнал практически полностью подавляется (G→0), что подтверждает существенное влияние ошибок калибровки на амплитудные и фазовые соотношения напряжений полезного сигнала на выходе суммарного и разностных каналов при проведении пространственной компенсации помех.The presence of this pattern was confirmed during the computational experiment. The implementation of the method using a monopulse main antenna system, based on a square antenna array of 21 × 21 elements with an inter-element distance λ / 2, where λ is the wavelength, Q = 8 compensation antennas with square apertures of size
Figure 00000080
each were located symmetrically with respect to direction finding planes along the edges of the main antenna system, M = 1 interference source with an equivalent signal / internal noise ratio
Figure 00000081
where
Figure 00000082
- the power of the internal noise of the receiving channels, for the case of exposure to the maximum of the main lobe of the total channel, was in the angular direction corresponding to the maximum of the first side lobe of the total channel, the direction of arrival of the useful signal corresponded to the direction of observation (the center of the direction-finding characteristic) normalized to the width of the main lobe of the total channel the deviation of the restrictions from the direction of observation was taken equal to ν = 0.14. The dependences of the sum of squared weights were studied.
Figure 00000083
and the directional coefficient of the total channel power in the direction of the useful signal
Figure 00000084
(Fig.2), the interference compensation coefficient in the total channel K p (Fig.3), azimuth estimates
Figure 00000085
and elevation
Figure 00000086
(figure 4) and values
Figure 00000087
(Fig. 5) from the regularization parameter
Figure 00000088
, j = 1, 2, 3. Independent calibration errors of the total and difference channels were formed as errors of the common-mode grating multiplier for independent normally distributed amplitude and phase errors of each grating element with standard deviations σ φ = 15 ° and σ A = 15%, respectively. Independent calibration errors of the compensation channels corresponded to errors in the in-phase grating with element errors similar to the total and difference channels. The results of a computational experiment are presented for two (1, 2) implementations of calibration errors. The values plotted in the figure (
Figure 00000089
,
Figure 00000090
) and (
Figure 00000091
,
Figure 00000092
) are estimates of the angular coordinates by a single-pulse direction finder in the presence of calibration errors of the total and difference channels in two implementations in the absence of external interference and spatial compensation disabled. At
Figure 00000093
the useful signal is almost completely suppressed (G → 0), which confirms the significant influence of calibration errors on the amplitude and phase ratios of the voltage of the useful signal at the output of the sum and difference channels during spatial interference compensation.

Исходя из приведенных закономерностей для вычисления параметра регуляризации при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании может быть использован критерий видаBased on the above regularities, a criterion of the form can be used to calculate the regularization parameter for a single-pulse amplitude total-difference direction finding

Figure 00000094
Figure 00000094

приat

Figure 00000095
Figure 00000095

Figure 00000096
Figure 00000096

где

Figure 00000097
- значения аргумента, соответствующие минимумам функции
Figure 00000098
;
Figure 00000099
- верхнее (при поиске минимума) значение максимальной суммы квадратов модулей весовых коэффициентов;
Figure 00000100
- максимальное значение параметра регуляризации, определяемое ожидаемой максимальной мощностью полезного сигнала и величиной ошибок калибровки. Дополнительные условия (4), (5) соответствуют отсечению локальных минимумов
Figure 00000101
при малых и больших значениях параметра регуляризации соответственно.Where
Figure 00000097
- argument values corresponding to function minima
Figure 00000098
;
Figure 00000099
- the upper (when searching for the minimum) value of the maximum sum of squares of the modules of weight coefficients;
Figure 00000100
- the maximum value of the regularization parameter, determined by the expected maximum power of the useful signal and the magnitude of the calibration errors. Additional conditions (4), (5) correspond to cutting off local minima
Figure 00000101
for small and large values of the regularization parameter, respectively.

При достаточно малом (Δµ=2…3) шаге изменения параметра регуляризации в многоканальной схеме

Figure 00000102
,
Figure 00000103
критерий (3) может быть заменен наWith a sufficiently small (Δ µ = 2 ... 3) step of changing the regularization parameter in a multi-channel scheme
Figure 00000102
,
Figure 00000103
criterion (3) can be replaced by

Figure 00000104
Figure 00000104

при дополнительных условиях, соответствующих (4), (5), где

Figure 00000105
- значения аргумента, соответствующие минимумам величины
Figure 00000044
;under additional conditions corresponding to (4), (5), where
Figure 00000105
are the values of the argument corresponding to the minima of the quantity
Figure 00000044
;

Figure 00000106
,
Figure 00000107
- оценки азимута и угла места, определяемые для соответствующих значений
Figure 00000108
.
Figure 00000106
,
Figure 00000107
- azimuth and elevation estimates determined for the corresponding values
Figure 00000108
.

При отсутствии минимума в (3), например при малых искажениях в отдельных направлениях или влияния шумов, в качестве оценок угловых координат принимают значения, соответствующие значению параметра регуляризации, при котором сумма квадратов модулей весовых коэффициентов наиболее близка к нижнему

Figure 00000109
пороговому значению, не превышая его. В качестве
Figure 00000110
может быть выбрано верхнее значение суммы квадратов весовых коэффициентов для наиболее сложных ситуаций, характеризующихся равенством числа степеней свободы системы компенсации и числа воздействующих помех.In the absence of a minimum in (3), for example, with small distortions in certain directions or the influence of noise, as estimates of the angular coordinates, we take the values corresponding to the value of the regularization parameter, at which the sum of the squared modules of the weight coefficients is closest to the lower
Figure 00000109
threshold value, not exceeding it. As
Figure 00000110
the upper value of the sum of the squares of the weighting coefficients can be selected for the most difficult situations, characterized by the equality of the number of degrees of freedom of the compensation system and the number of interfering interference.

Оптимальные значения верхнего и нижнего порогового уровня могут быть найдены опытным путем или с использованием математического моделирования на множестве прогнозируемых сигнально-помеховых ситуаций.The optimal values of the upper and lower threshold levels can be found empirically or using mathematical modeling on a variety of predicted signal-noise situations.

Определим оставшиеся параметры способа.Define the remaining parameters of the method.

С учетом того, что введение ограничений приводит к снижению числа степеней свободы системы компенсации с Q+1 до Q+1-R, рациональное число ограничений должно быть минимальным и может составлять R=4, 5. Большее число ограничений (R=7, 9 и т.д.) может быть использовано при повышенных требованиях к точности измерения с учетом возможностей по аппаратурной реализации устройства. Симметричное расположение ограничений относительно плоскостей пеленгации и особенности их расположения при их четном или нечетном числе определяется необходимостью обеспечения симметрии пеленгационной характеристики измерителя.Given the fact that the introduction of restrictions leads to a decrease in the number of degrees of freedom of the compensation system from Q + 1 to Q + 1-R, a rational number of restrictions should be minimal and may be R = 4, 5. A larger number of restrictions (R = 7, 9 etc.) can be used with increased requirements for measurement accuracy, taking into account the hardware capabilities of the device. The symmetric arrangement of restrictions with respect to direction finding planes and the peculiarities of their location when they are even or odd are determined by the need to ensure symmetry of the direction finding characteristic of the meter.

Шаг изменения параметра регуляризации Δµ и максимальное значение параметра регуляризации

Figure 00000111
по результатам математического моделирования могут быть выбраны Δµ=2…3 и
Figure 00000112
, где αиск - среднеквадратическая величина нормированной ошибки калибровки каналов; Pmax - ожидаемая максимальная мощность полезного сигнала.The step of changing the regularization parameter Δ µ and the maximum value of the regularization parameter
Figure 00000111
according to the results of mathematical modeling can be selected Δ µ = 2 ... 3 and
Figure 00000112
where α lawsuit is the root mean square value of the normalized calibration error of the channels; P max - the expected maximum power of the desired signal.

Проведем иллюстрацию выигрыша предлагаемого способа адаптивной пространственной компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании и наличии ошибок калибровки приемных каналов по точности пеленгации в сравнении с прототипом, а также моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании без пространственной компенсации помех. На фиг.6 приведены результаты расчетов нормированной к ширине главного лепестка суммарного канала среднеквадратической величины ошибки пеленгации

Figure 00000113
от параметра
Figure 00000114
, где ϑα, ϑβ - ширины диаграммы направленности суммарного канала по азимуту и углу места соответственно;
Figure 00000115
, для различных значений ошибок калибровки, определяемых среднеквадратическими амплитудными σA и фазовыми σφ ошибками в элементах решетки, при наличии М=1 и М=3 источников помех. Результаты приведены для реализации способа с использованием моноимпульсной основной антенной системы на базе квадратной антенной решетки из 21×21 элементов с межэлементным расстоянием λ/2, где λ - длина волны, и Q=8 компенсационных антенн с квадратными апертурами размером
Figure 00000116
каждая, расположенными симметрично относительно плоскостей пеленгации по краям основной антенной системы, нормировка при вычислении пеленга - мгновенная. Отношения полезный сигнал/шум и помеха/шум при их приеме полезного сигнала и помех по максимуму диаграммы направленности принимались равными
Figure 00000117
;
Figure 00000118
. Направление прихода полезного сигнала считалось распределенным равновероятно в пределах полуширины диаграммы направленности суммарного канала по азимуту и углу места, направление прихода помех - в пределах ±(1…5) от ширины диаграммы направленности суммарного канала. Ковариационная матрица помех формировалась с учетом полезного (пеленгуемого) сигнала (неклассифицированная выборка). Шаг изменения параметра регуляризации принимался равным Δµ=2, число ограничений R=5. Верхнее и нижнее пороговые значения суммы квадратов модулей весовых коэффициентов принимались равными
Figure 00000119
и
Figure 00000120
.Let us illustrate the gain of the proposed method for adaptive spatial interference compensation with monopulse amplitude total-difference direction finding and the presence of calibration errors of receiving channels for direction finding accuracy in comparison with the prototype, as well as monopulse amplitude total-direction finding without spatial interference compensation. Figure 6 shows the results of calculations normalized to the width of the main lobe of the total channel of the root mean square value of the error of direction finding
Figure 00000113
from parameter
Figure 00000114
, where ϑ α , ϑ β are the beam widths of the total channel in azimuth and elevation, respectively;
Figure 00000115
, for various values of calibration errors determined by the root mean square amplitude σ A and phase σ φ errors in the grating elements, in the presence of M = 1 and M = 3 sources of interference. The results are presented for implementing the method using a monopulse main antenna system based on a square antenna array of 21 × 21 elements with an inter-element distance λ / 2, where λ is the wavelength, and Q = 8 compensation antennas with square apertures of size
Figure 00000116
each, located symmetrically with respect to the direction finding planes at the edges of the main antenna system, normalization when calculating the bearing is instantaneous. The ratios of the useful signal / noise and interference / noise when they receive the useful signal and noise along the maximum radiation pattern were taken equal
Figure 00000117
;
Figure 00000118
. The direction of arrival of the useful signal was considered distributed equally within the half-width of the directivity pattern of the total channel in azimuth and elevation, the direction of arrival of interference within ± (1 ... 5) of the width of the directivity pattern of the total channel. The covariance interference matrix was formed taking into account the useful (direction-finding) signal (unclassified sample). The step of changing the regularization parameter was taken equal to Δ µ = 2, the number of restrictions R = 5. The upper and lower threshold values of the sum of the squared modules of the weighting coefficients were taken equal
Figure 00000119
and
Figure 00000120
.

Как следует из результатов расчетов, оптимальное расположение ограничений соответствует величине ν=0,1…0,15, причем в заданных пространственно-энергетических ситуациях способ моноимпульсного амплитудного суммарно-разностного пеленгования без пространственной компенсации помех является полностью неработоспособным, то есть ошибки определения координат могут существенно превосходить ширину диаграммы направленности в каждой из плоскостей пеленгации, а прототип неработоспособен при неклассифицированной выборке. При классифицированной выборке для прототипа нормированные среднеквадратические значения смещений оценок угловых координат в типовых сигнально-помеховых ситуациях 5…10 раз превышают соответствующие величины для предлагаемого способа.As follows from the calculation results, the optimal location of the constraints corresponds to ν = 0.1 ... 0.15, and in the given spatial-energy situations, the method of monopulse amplitude total-difference direction finding without spatial interference compensation is completely inoperative, that is, errors in determining coordinates can significantly exceed the width of the radiation pattern in each of the direction finding planes, and the prototype is inoperative with an unclassified sample. With a classified sample for the prototype, the normalized mean square displacements of the estimates of the angular coordinates in typical signal-noise situations are 5 ... 10 times higher than the corresponding values for the proposed method.

Предлагаемый способ является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ адаптивной пространственной компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании и наличии ошибок калибровки приемных каналов, заключающийся в приеме сигналов основной антенной системой с суммарным, разностным по азимуту, разностным по углу места каналами, антеннами q=1, 2, …, Q компенсационных каналов, согласованной обработке сигналов каждого канала с использованием Q+3 идентичных приемных каналов, аналого-цифровом преобразовании сигналов каждого приемного канала и обработке оцифрованных сигналов каждого приемного канала путем вычисления векторов весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов и взвешенного суммирования сигналов суммарного и компенсационных, разностного по азимуту и компенсационных, разностного по углу места и компенсационных каналов, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют предварительное формирование матриц ограничений на форму результирующей диаграммы направленности суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов для всех возможных направлений наблюдения в виде отсчетов значений диаграмм направленности суммарного, разностного по азимуту, разностного по углу места и компенсационных каналов в r=1, 2, …, R точках ограничений, причем расположения точек ограничений выбирают исходя из минимума среднеквадратической величины ошибки оценки угловых координат пеленгуемого сигнала для ожидаемых распределений значений угловых координат направлений прихода и мощностей пеленгуемого сигнала и помех, запоминают матрицы ограничений в устройстве памяти матриц ограничений, а для устранения влияния ошибок калибровки формируют i=1, 2, …, I значений параметра регуляризации

Figure 00000121
в виде геометрической прогрессии со знаменателем Δµ=2…3 и начальным значением, равным уровню собственных шумов приемных каналов пеленгатора, формируют наборы векторов весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов с учетом ограничений на форму их результирующей диаграммы направленности и различных значений единого для всех каналов параметра регуляризации ковариационных матриц помех, вычисляют сумму квадратов модулей весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов для каждого из значений параметра регуляризации, вычисляют выходные сигналы суммарного и разностных каналов и осуществляют оценки угловых координат источника полезного сигнала для всех значений векторов весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов при различных значениях параметра регуляризации, рассчитывают значения квадратов углового расстояния между оценками угловых координат для соседних значений параметра регуляризации и определяют значения оценок угловых координат, соответствующих первому минимуму квадрата углового расстояния между оценками угловых координат для соседних значений параметра регуляризации при условии непревышения суммы квадратов модулей весовых коэффициентов верхнего порогового значения, а при отсутствии указанного минимума в качестве оценок угловых координат принимают значения, соответствующие значению параметра регуляризации, при котором сумма квадратов модулей весовых коэффициентов наиболее близка к нижнему пороговому значению, не превышая его.The proposed method is new, because from publicly available information the method of adaptive spatial interference compensation is not known for monopulse amplitude total-difference direction finding and the presence of calibration errors of the receiving channels, which consists in receiving signals by the main antenna system with the total difference in azimuth, difference in elevation channels, antennas q = 1, 2, ..., Q compensation channels, consistent processing of the signals of each channel using Q + 3 identical receive channels, analog-to-digital transforming the signals of each receiving channel and processing the digitized signals of each receiving channel by calculating the vectors of weight coefficients of the total and differential channels and weighted summation of the signals of the total and compensation, difference in azimuth and compensation, difference in elevation and compensation channels, characterized in that they additionally carry out preliminary formation of matrices of restrictions on the shape of the resulting radiation pattern of the total, difference in azimuth and p channel-dependent difference in the elevation angle for all possible directions of observation in the form of readings of the values of the radiation patterns of the total, difference in azimuth, difference in elevation and compensation channels at r = 1, 2, ..., R restriction points, and the location of the restriction points is chosen based on the minimum the root-mean-square error of the estimation of the angular coordinates of the direction-finding signal for the expected distributions of the values of the angular coordinates of the directions of arrival and the strengths of the direction-finding signal and interference, remember the matrix matrices eny device memory constraints matrices, and to eliminate the influence of the calibration error form i = 1, 2, ..., I values of the regularization parameter
Figure 00000121
in the form of a geometric progression with the denominator Δ µ = 2 ... 3 and the initial value equal to the level of the intrinsic noise of the receiving channels of the direction finder, form sets of vectors of weight coefficients of the total and difference channels, taking into account restrictions on the shape of their resulting radiation pattern and different values of a parameter common to all channels the regularization of the covariance interference matrices, calculate the sum of the squared modules of the weight coefficients of the total and difference channels for each of the values of the regularization parameter, output signals of the total and difference channels and estimate the angular coordinates of the source of the useful signal for all values of the vectors of the weight coefficients of the total and difference channels for various values of the regularization parameter, calculate the squares of the angular distance between the estimates of the angular coordinates for adjacent values of the regularization parameter and determine the values of the estimates of the angular coordinates corresponding to the first minimum of the square of the angular distance between the estimates of the angular coordinates for neighboring values of the regularization parameter provided that the sum of the squared modules of the weight coefficients of the upper threshold values does not exceed, and in the absence of the indicated minimum, the values corresponding to the value of the regularization parameter at which the sum of the squared modules of the weight coefficients are closest to the lower threshold value are not exceeded, not exceeding him.

Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций - предварительное формирование и запоминание матриц ограничений, прием сигналов основной антенной с суммарным и разностным каналами и компенсационными антеннами, согласованная обработка сигналов в идентичных приемных каналах, аналого-цифровое преобразование сигналов, формирование значений параметра регуляризации и векторов весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов с учетом матриц ограничений и для различных значений параметра регуляризации, взвешенное суммирование сигналов суммарного, разностного и компенсационных каналов, вычисление суммы квадратов модулей весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов для каждого из значений параметра регуляризации, вычисление выходных сигналов суммарного и разностных каналов и оценок угловых координат источника полезного сигнала для всех значений векторов весовых коэффициентов суммарного и разностных каналов при различных значениях параметра регуляризации, расчет значения квадратов углового расстояния между оценками угловых координат для соседних значений параметра регуляризации и определение значений оценок угловых координат, соответствующих первому минимуму квадрата углового расстояния между оценками угловых координат для соседних значений параметра регуляризации при условии непревышения суммы квадратов модулей весовых коэффициентов верхнего порогового значения, а при отсутствии указанного минимума принятие в качестве оценок угловых координат значений, соответствующих параметру регуляризации, при котором сумма квадратов модулей весовых коэффициентов наиболее близка к нижнему пороговому значению, но не превышает его, - обеспечивает стабилизацию параметров (положение нулей разностных диаграмм и величины крутизны) пеленгационной характеристики измерителя при наличии ошибок калибровки приемных каналов и достижении компенсации воздействующих по боковым лепесткам диаграммы направленности суммарного и разностных каналов помех.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from the published scientific data and the known technical solutions that the claimed sequence of operations is the preliminary generation and storage of restriction matrices, the reception of signals by the main antenna with total and difference channels and compensation antennas, consistent signal processing in identical receiving channels, analog-to-digital signal conversion, the formation of the values of the regularization parameter and vector weighting coefficients of the total and difference channels, taking into account the constraint matrices and for various values of the regularization parameter, weighted summation of the signals of the total, difference and compensation channels, calculating the sum of the squared modules of the weighting coefficients of the total and difference channels for each of the values of the regularization parameter, calculating the output signals of the total and difference channels and estimates of the angular coordinates of the source of the useful signal for all values of the vectors of the weight coefficients of the total and difference channels for different values of the regularization parameter, calculating the squares of the angular distance between the estimates of the angular coordinates for adjacent values of the regularization parameter and determining the values of the estimates of the angular coordinates corresponding to the first minimum of the square of the angular distances between the estimates of the angular coordinates for adjacent values of the regularization parameter, provided that the sum of the squares of the modules does not exceed weighting factors of the upper threshold value, and in the absence of the specified minimum adoption in as estimates of the angular coordinates of the values corresponding to the regularization parameter, at which the sum of the squared modules of the weighting coefficients is closest to the lower threshold value, but does not exceed it, it provides stabilization of parameters (position of the zeros of the difference diagrams and the slope value) of the direction finding characteristic of the meter in the presence of receiving calibration errors channels and achieving compensation acting on the side lobes of the radiation pattern of the total and differential interference channels.

Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью антенные устройства, демодуляторы, аналого-цифровые преобразователи, модули постоянных запоминающих устройств и процессоры цифровой обработки сигналов. Предъявляемые требования к точности калибровки каналов пеленгатора, при которой предлагаемый способ пространственной компенсации помех будет являться работоспособным, характеризуются значениями относительной величины ошибки калибровки порядка 1…2 децибел по амплитуде и абсолютной ошибки порядка единиц-десятков градусов по фазе и являются типовыми требованиями к точности настройки серийной пеленгационной аппаратуры.The proposed technical solutions are practically applicable, since antenna devices, demodulators, analog-to-digital converters, read-only memory modules and digital signal processors can be used for their implementation. The presented requirements for the accuracy of the calibration of the direction finder channels, in which the proposed method of spatial interference compensation will be workable, are characterized by relative calibration errors of the order of 1 ... 2 decibels in amplitude and absolute errors of the order of several tens of degrees in phase and are typical requirements for serial direction finding equipment.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в повышении точности пеленгации за счет компенсации воздействующих по боковым лепесткам суммарного и разностных каналов пеленгатора помех и за счет сохранения положений нулей и величин крутизны пеленгационных характеристик при наличии ошибок калибровки приемных каналов.The technical and economic efficiency of the proposed method consists in increasing the direction finding accuracy by compensating the total and difference channels of the direction finder interference acting on the side lobes and by preserving the positions of zeros and steepness of direction finding characteristics in the presence of calibration errors in the receiving channels.

Claims (1)

Способ адаптивной пространственной компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании и наличии ошибок калибровки приемных трактов, заключающийся в приеме сигналов с текущего направления наблюдения с использованием антенной системы с суммарным (с номером j=1), разностным по азимуту (с номером j=2), разностным по углу места (с номером j=3) каналами и антенн q=1, 2, …, Q компенсационных каналов, согласованной обработке сигналов каждого канала с использованием Q+3 идентичных приемных каналов, аналого-цифровом преобразовании сигналов каждого приемного канала и обработке оцифрованных сигналов каждого канала путем вычисления векторов весовых коэффициентов суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов и взвешенного суммирования сигналов суммарного и компенсационных, разностного по азимуту и компенсационных и разностного по углу места и компенсационных каналов, отличающийся тем, что для вычисления векторов весовых коэффициентов предварительно формируют матрицы ограничений на форму результирующей диаграммы направленности суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов для всех возможных направлений наблюдения в виде отсчетов значений диаграмм направленности суммарного, разностного по азимуту, разностного по углу места и компенсационных каналов в r=1, 2, …, R точках ограничений, причем при нечетном числе точек ограничений одну из них располагают в заданном направлении наблюдения, а остальные точки ограничения располагают симметрично относительно нее и плоскостей пеленгации, при четном числе точек ограничений их положения располагают симметрично относительно направления наблюдения и плоскостей пеленгации, отклонения точек ограничений от направления наблюдения выбирают исходя из минимума среднеквадратической величины ошибки оценки угловых координат пеленгуемого сигнала для ожидаемых распределений значений угловых координат направлений прихода и мощностей пеленгуемого сигнала и помех, запоминают матрицы ограничений в устройстве памяти матриц ограничений, при обработке оцифрованных сигналов каждого канала формируют ковариационные матрицы суммарного, разностного по азимуту, разностного по углу места и компенсационных каналов, считывают значения матриц ограничений суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов для текущего направления наблюдения из устройства памяти матриц ограничений, а для устранения влияния ошибок калибровки формируют i=1, 2, …, I значений параметра регуляризации
Figure 00000011
в виде геометрической прогрессии со знаменателем Δµ=2…3 и начальным значением, равным уровню собственных шумов приемных каналов, формируют соответствующие каждому параметру регуляризации значения векторов весовых коэффициентов суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов с учетом матриц ограничений в соответствии с выражением
Figure 00000122

где Фj - ковариационная матрица принимаемых сигналов для j-го канала; I - единичная диагональная матрица;
Figure 00000123
- текущее значение параметра регуляризации;
Figure 00000124
- матрица ограничений для j-го канала;
Figure 00000125
- вектор-столбец ограничений для j-го канала, образуемый из значений первой строки матрицы Cj;
Figure 00000126
Figure 00000017
- отсчеты значений диаграмм направленности j-го суммарного или разностного и q-го компенсационного каналов в точках ограничений; «+» - знак эрмитова сопряжения, вычисляют сумму квадратов модулей весовых коэффициентов суммарного, разностного по азимуту и разностного по углу места каналов для каждого из значений параметра регуляризации, осуществляют взвешенное суммирование сигналов суммарного и компенсационных, разностного по азимуту и компенсационных и разностного по углу места и компенсационных каналов и вычисляют оценки угловых координат источника полезного сигнала для всех значений векторов весовых коэффициентов при различных значениях параметра регуляризации, рассчитывают значения квадратов углового расстояния между оценками угловых координат для соседних значений параметра регуляризации, определяют значения оценок угловых координат, соответствующих первому в порядке возрастания параметра регуляризации минимуму квадрата углового расстояния между оценками угловых координат при условии непревышения суммой квадратов модулей весовых коэффициентов верхнего порогового значения, а при отсутствии указанного минимума в качестве оценок угловых координат принимают значения, соответствующие значению параметра регуляризации, при котором сумма квадратов модулей весовых коэффициентов наиболее близка к нижнему пороговому значению, не превышая его.
The method of adaptive spatial interference compensation during monopulse amplitude total-differential direction finding and the presence of calibration errors in the receiving paths, which consists in receiving signals from the current direction of observation using an antenna system with a total (with number j = 1), difference in azimuth (with number j = 2 ), difference in elevation (with number j = 3) channels and antennas q = 1, 2, ..., Q compensation channels, consistent processing of signals of each channel using Q + 3 identical receive channels, analog-to-digital conversion using the signals of each receiving channel and processing the digitized signals of each channel by calculating the vectors of weight coefficients of the total, difference in azimuth and difference in elevation of channels and weighted summation of the signals of total and compensation, difference in azimuth and compensation and difference in elevation and compensation channels, different the fact that to calculate the vectors of weighting coefficients pre-form matrices of restrictions on the shape of the resulting radiation pattern total, difference in azimuth and difference in elevation of channels for all possible directions of observation in the form of readings of the values of radiation patterns of total, difference in azimuth, difference in elevation and compensation channels at r = 1, 2, ..., R constraint points, and at an odd number of restriction points, one of them is located in a given direction of observation, and the remaining limit points are located symmetrically relative to it and direction finding planes, with an even number of limit points of their position symmetrically with respect to the direction of observation and direction-finding planes, the deviations of the restriction points from the direction of observation are selected based on the minimum root mean square error of the estimate of the angular coordinates of the direction-finding signal for the expected distributions of the angular coordinates of the directions of arrival and the strengths of the direction-finding signal and interference, the restriction matrices are stored in the device , when processing the digitized signals of each channel, the covariance matrices of the total in azimuth, difference in elevation and compensation channels, the values of the restriction matrices of the sum, difference in azimuth and difference in elevation of the channels for the current direction of observation are read from the memory of the restriction matrix, and i = 1, 2, ..., I values of the regularization parameter
Figure 00000011
in the form of a geometric progression with the denominator Δ µ = 2 ... 3 and the initial value equal to the level of the noise floor of the receiving channels, form the values of the vectors of the weight coefficients of the total, difference in azimuth and difference in the elevation angle of the channels corresponding to each regularization parameter taking into account the restriction matrices in accordance with expression
Figure 00000122

where Ф j - covariance matrix of received signals for the j-th channel; I is the unit diagonal matrix;
Figure 00000123
- the current value of the regularization parameter;
Figure 00000124
- matrix of constraints for the j-th channel;
Figure 00000125
is the constraint column vector for the j-th channel, formed from the values of the first row of the matrix C j ;
Figure 00000126
Figure 00000017
- counts of the values of the radiation patterns of the j-th total or difference and q-th compensation channels at the constraint points; "+" Is the sign of the Hermitian pairing, the sum of the squared modules of the weight coefficients of the total, difference in azimuth and difference in elevation channels for each of the values of the regularization parameter is calculated, weighted summation of the signals of total and compensation, difference in azimuth and compensation and difference in elevation is carried out and compensation channels and calculate the estimates of the angular coordinates of the source of the useful signal for all values of the vectors of the weighting coefficients for various values of the regular parameter nations, calculate the values of the squares of the angular distance between the estimates of the angular coordinates for adjacent values of the regularization parameter, determine the values of the estimates of the angular coordinates corresponding to the first in the order of increasing the regularization parameter minimum of the square of the angular coordinates between the estimates of the angular coordinates, provided that the sum of the squared modules of the weight coefficients of the upper threshold value does not exceed and in the absence of the specified minimum as estimates of the angular coordinates take values corresponding to which correspond to the value of the regularization parameter, at which the sum of the squared moduli of the weight coefficients is closest to the lower threshold value, not exceeding it.
RU2011106221/07A 2011-02-17 2011-02-17 Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors RU2456631C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106221/07A RU2456631C1 (en) 2011-02-17 2011-02-17 Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106221/07A RU2456631C1 (en) 2011-02-17 2011-02-17 Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2456631C1 true RU2456631C1 (en) 2012-07-20

Family

ID=46847551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011106221/07A RU2456631C1 (en) 2011-02-17 2011-02-17 Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2456631C1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2583849C1 (en) * 2015-04-13 2016-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for digital signal processing in surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finding using antenna array (versions) and surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finder using antenna array and digital signal processing
RU2632477C1 (en) * 2016-05-25 2017-10-05 Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения Monopulse radar location station with automatic calibration
CN108089162A (en) * 2017-12-29 2018-05-29 中国电子科技集团公司第二十研究所 A kind of detection of pulse interference signal and suppressing method
CN110988786A (en) * 2019-11-20 2020-04-10 成都大公博创信息技术有限公司 Array direction finding calibration method
RU2735216C2 (en) * 2018-12-14 2020-10-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method for spatio-temporal adaptive signal processing in a monopulse shipborne radar with an active phased antenna array
RU2753370C1 (en) * 2020-11-09 2021-08-13 Владимир Иванович Винокуров Method for measuring angular coordinates and radio location target coordinator
CN115267758A (en) * 2022-07-11 2022-11-01 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 Mirror image virtual interference-based self-adaptive monopulse multi-target angle measurement method
CN115508775A (en) * 2022-10-20 2022-12-23 电子科技大学 Using azimuth difference of incoming wave node positioning method for measurement
RU2788820C1 (en) * 2022-06-20 2023-01-24 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method for spatial interference compensation using information about the direction to the signal source

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5600326A (en) * 1991-12-16 1997-02-04 Martin Marietta Corp. Adaptive digital beamforming architecture and algorithm for nulling mainlobe and multiple sidelobe radar jammers while preserving monopulse ratio angle estimation accuracy
WO2000019230A1 (en) * 1998-09-29 2000-04-06 Raytheon Company Direction finding apparatus
US6118402A (en) * 1998-03-09 2000-09-12 Siemens Schweiz Ag Process for side lobe suppression and amplitude or phase monopulse radar device
US6867726B1 (en) * 1991-12-16 2005-03-15 Lockheed Martin Corporation Combining sidelobe canceller and mainlobe canceller for adaptive monopulse radar processing
RU2297645C1 (en) * 2005-11-02 2007-04-20 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" Monopulse direction finder
RU2303806C1 (en) * 2006-01-23 2007-07-27 Андрей Владимирович Симонов Method for forming of control signals in single-pulse homing heads
RU2316860C1 (en) * 2006-09-11 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Method for shaping receiving directivity patterns of single-pulse antenna combination and single-pulse antenna combination
JP2009162613A (en) * 2008-01-07 2009-07-23 Mitsubishi Electric Corp Radar system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5600326A (en) * 1991-12-16 1997-02-04 Martin Marietta Corp. Adaptive digital beamforming architecture and algorithm for nulling mainlobe and multiple sidelobe radar jammers while preserving monopulse ratio angle estimation accuracy
US6867726B1 (en) * 1991-12-16 2005-03-15 Lockheed Martin Corporation Combining sidelobe canceller and mainlobe canceller for adaptive monopulse radar processing
US6118402A (en) * 1998-03-09 2000-09-12 Siemens Schweiz Ag Process for side lobe suppression and amplitude or phase monopulse radar device
WO2000019230A1 (en) * 1998-09-29 2000-04-06 Raytheon Company Direction finding apparatus
RU2297645C1 (en) * 2005-11-02 2007-04-20 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" Monopulse direction finder
RU2303806C1 (en) * 2006-01-23 2007-07-27 Андрей Владимирович Симонов Method for forming of control signals in single-pulse homing heads
RU2316860C1 (en) * 2006-09-11 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Method for shaping receiving directivity patterns of single-pulse antenna combination and single-pulse antenna combination
JP2009162613A (en) * 2008-01-07 2009-07-23 Mitsubishi Electric Corp Radar system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВЕКСИН С.И. Компенсация помех по боковым лепесткам в доплеровских головках самонаведения// Радиотехника. - 2001, №9, с.76-86. *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2583849C1 (en) * 2015-04-13 2016-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method for digital signal processing in surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finding using antenna array (versions) and surveillance monopulse amplitude integral-differential direction finder using antenna array and digital signal processing
RU2632477C1 (en) * 2016-05-25 2017-10-05 Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения Monopulse radar location station with automatic calibration
CN108089162A (en) * 2017-12-29 2018-05-29 中国电子科技集团公司第二十研究所 A kind of detection of pulse interference signal and suppressing method
RU2735216C2 (en) * 2018-12-14 2020-10-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method for spatio-temporal adaptive signal processing in a monopulse shipborne radar with an active phased antenna array
CN110988786A (en) * 2019-11-20 2020-04-10 成都大公博创信息技术有限公司 Array direction finding calibration method
CN110988786B (en) * 2019-11-20 2023-09-22 成都大公博创信息技术有限公司 Array direction-finding calibration method
RU2753370C1 (en) * 2020-11-09 2021-08-13 Владимир Иванович Винокуров Method for measuring angular coordinates and radio location target coordinator
RU2788820C1 (en) * 2022-06-20 2023-01-24 Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" Method for spatial interference compensation using information about the direction to the signal source
CN115267758A (en) * 2022-07-11 2022-11-01 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 Mirror image virtual interference-based self-adaptive monopulse multi-target angle measurement method
CN115508775A (en) * 2022-10-20 2022-12-23 电子科技大学 Using azimuth difference of incoming wave node positioning method for measurement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2456631C1 (en) Method for adaptive spatial compensation of interference during monopulse amplitude integral-differential direction finding and presence of receiving channel calibration errors
Nickel Overview of generalized monopulse estimation
Davis et al. Angle estimation with adaptive arrays in external noise fields
Yu et al. Adaptive digital beamforming for angle estimation in jamming
US6661366B2 (en) Adaptive digital sub-array beamforming and deterministic sum and difference beamforming, with jamming cancellation and monopulse ratio preservation
CN109946664B (en) Array radar seeker monopulse angle measurement method under main lobe interference
CA2082692A1 (en) Adaptive digital beamforming architecture and algorithm for nulling mainlobe and multiple sidelobe radar jammers while preserving monopulse ratio angle estimation accuracy
CN115061156A (en) Array antenna satellite navigation deception resisting method and system based on integrated navigation
RU2455658C1 (en) Method for adaptive spatial compensation of noise during monopulse amplitude integral-differential direction finding
TW201212381A (en) Calibration apparatus and calibration method for array antenna
CN113030843B (en) Low-altitude target direction finding method based on improved IAA beam forming
Takahashi et al. Digital monopulse beamforming for achieving the CRLB for angle accuracy
RU2661357C1 (en) Method of reviewing passive single-positive monopulse triple-oriented angular-differential-doppler locations of moving in space of the radio-emitting objects
Sun et al. A postmatched-filtering image-domain subspace method for channel mismatch estimation of multiple azimuth channels SAR
RU2699552C9 (en) Method for passive single-position angular-doppler location of radio-emitting objects moving in space
Leavitt A phase adaptation algorithm
RU2615491C1 (en) Method for simultaneous measuring two angular objective coordinates in review amplitude monopulse radar system with antenna array and digital signal processing
Bestugin et al. Computational-oriented mathematical model of direct and inverse target direction finding characteristics in airborne weather radar based on multi-channel phased antenna array
US20030184473A1 (en) Adaptive digital sub-array beamforming and deterministic sum and difference beamforming, with jamming cancellation and monopulse ratio preservation
Li et al. Robust adaptive beamforming based on particle filter with noise unknown
Rao et al. Monopulse estimation with multipoint constrained adaptation in mainlobe jamming
Zoltowski et al. Beamspace ML bearing estimation incorporating low-angle geometry
Zhou et al. Research on interferometer direction finding technology based on digital beam forming
Yu Mainlobe cancellation, orthogonal nulling and product patterns
Galy et al. Joint detection estimation problem of monopulse angle measurement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130218