RU2573787C1

RU2573787C1 - Multibeam adaptive antenna array

Info

Publication number: RU2573787C1
Application number: RU2014144493/08A
Authority: RU
Inventors: Андрей Германович Зайцев; Сергей Николаевич Дружко; Владимир Петрович Солдатов
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-01-27

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: invention can be used in radio communication systems installed on-board spacecraft, operating in a difficult signal-noise environment, for example, in systems for space communication with mobile objects. A multibeam adaptive antenna array comprises N receiving elements, a beam-forming unit, analogue-to-digital converters, a digital computer of the vector of weight coefficients of spatial differentiation, as well as a digital computer of the vector of weight coefficients of spatial accumulation.

EFFECT: high noise immunity due to a low systematic error value in estimates of the bearing of radiation sources located in the area of responsibility of the adaptive antenna array.

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиотехнических системах связи, размещаемых на борту космических аппаратов (КА), функционирующих в сложной сигнально-помеховой обстановке, например, в системах космической связи с подвижными объектами.The invention relates to radio engineering, in particular to antenna technology, and can be used in radio communication systems located on board spacecraft (SC), operating in a complex signal-noise environment, for example, in space communication systems with moving objects.

Известны адаптивные антенные решетки (ΑΑΡ), построенные на принципе адаптивного управления диаграммой направленности за счет изменения весовых коэффициентов по критерию минимума среднего квадрата ошибки (МСКО), [Монзинго, Р.А. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию / Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. - М.: Радио и связь, 1986. - 448 с].Adaptive antenna arrays (ΑΑΡ) are known, built on the principle of adaptive radiation pattern control by changing the weight coefficients according to the criterion of the minimum mean square error (ISCED), [Monzingo, R.A. Adaptive antenna arrays. Introduction to Theory / R.A. Monzingo, T.U. Miller. - M .: Radio and communications, 1986. - 448 s].

Для работы ΑΑΡ указанного типа необходима точная априорная информация о направлении прихода и/или характеристиках принимаемого полезного сигнала, что является ограничивающим фактором их применения в радиотехнических системах, где подобная информация отсутствует или может измениться в течение времени (например, в системах космической связи с подвижными объектами).For operation ΑΑΡ of the indicated type, accurate a priori information is needed on the direction of arrival and / or characteristics of the received useful signal, which is the limiting factor of their application in radio engineering systems, where such information is absent or may change over time (for example, in space communication systems with moving objects) )

Известна также адаптивная антенная решетка [RU 2466482, С1, H01Q 3/26, H01Q 21/00, 10.11.2012], содержащая N антенных элементов, блоки комплексного взвешивания сигналов, адаптивный процессор, общий сумматор, N полосовых фильтров, Μ сигнальных сумматоров и (Μ-1)·Ν блоков комплексного взвешивания сигналов, причем адаптивный процессор выполнен в виде совокупности Μ блоков формирования весовых коэффициентов, полосовые фильтры установлены на выходах антенных элементов, Μ выходов каждого полосового фильтра соединены с соответствующими входами Μ блоков формирования весовых коэффициентов непосредственно, а с соответствующими входами Μ сигнальных сумматоров - через блоки комплексного взвешивания сигналов, выходы Μ блоков формирования весовых коэффициентов подключены для соответствующей частотной составляющей полезного сигнала к управляющим входам блоков комплексного взвешивания сигналов, выходы Μ сигнальных сумматоров подключены к входам общего сумматора.Also known is an adaptive antenna array [RU 2466482, C1, H01Q 3/26, H01Q 21/00, 10.11.2012] containing N antenna elements, integrated signal weighting units, an adaptive processor, a common adder, N bandpass filters, Μ signal adders and (Μ-1) · Ν blocks of complex signal weighting, and the adaptive processor is made in the form of a combination of Μ blocks for generating weight coefficients, band-pass filters are installed at the outputs of the antenna elements, Μ the outputs of each band-pass filter are connected to the corresponding inputs of Μ blocks I weighting coefficients directly, and to corresponding inputs Μ signal adders - through blocks integrated weighing signals, outputs Μ blocks forming the weighting factors are connected to the corresponding frequency component of the desired signal to the control unit inputs the complex weighting signals, outputs Μ signal combiners are connected to the inputs of the common adder.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая помехоустойчивость.The disadvantage of this technical solution is the relatively low noise immunity.

Кроме того, известна адаптивная антенная решетка [RU 2366047, С1, H01Q 21/00, 27.08.2009], содержащая N антенных элементов, соединенных через комплексные весовые умножители с соответствующими входами общего сумматора, блок формирования вектора весовых коэффициентов с управляющим входом, соединенным с устройством ввода информации о возможном направлении прихода сигнала, при этом входы блока формирования вектора весовых коэффициентов соединены с выходами соответствующих антенных элементов, а выходы блока формирования вектора весовых коэффициентов подключены к управляющим входам соответствующих комплексных весовых умножителей.In addition, an adaptive antenna array is known [RU 2366047, C1, H01Q 21/00, 08/27/2009] containing N antenna elements connected via complex weight multipliers with corresponding inputs of a common adder, a weighting vector generation unit with a control input connected to a device for inputting information about the possible direction of arrival of the signal, while the inputs of the vector weighting unit are connected to the outputs of the corresponding antenna elements, and the outputs of the vector weighting unit are The key to the control inputs of the corresponding complex weighting multipliers.

В этом техническом решении блок формирования вектора весовых коэффициентов состоит из аналого-цифрового преобразователя, конвертора, блока комплексного умножения, блока вычисления собственного вектора, блока формирования тестового сигнала, блока вычисления направлений на источник радиоизлучения, блока анализа данных, причем выходы антенных элементов соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к соответствующим входам конвертора, выходы конвертора соединены с соответствующими входами блока комплексного умножения, выходы которого подключены к соответствующим входам блока вычисления собственного вектора, выходы блока формирования тестового сигнала подключены к соответствующим входам блока вычисления направлений на источник радиоизлучения и блока анализа данных, выходы блока вычисления собственного вектора подключены к соответствующим входам блока вычисления направлений на источник радиоизлучения, выход которого подключен к соответствующему входу блока анализа данных, вход которого соединен с устройством ввода информации о возможном направлении прихода сигнала, выходы блока анализа данных подключены к управляющим входам соответствующих комплексных весовых умножителей, причем входы аналого-цифрового преобразователя являются входами, вход блока анализа данных - управляющим входом, а выходы блока анализа данных - соответственно выходами блока формирования вектора весовых коэффициентов.In this technical solution, the weighting vector generation unit consists of an analog-to-digital converter, a converter, a complex multiplication unit, an eigenvector calculation unit, a test signal generation unit, a direction calculation unit for a radio emission source, a data analysis unit, the outputs of the antenna elements being connected to the corresponding the inputs of the analog-to-digital converter, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the converter, the outputs of the converter are connected to the corresponding and the inputs of the complex multiplication unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the eigenvector calculation unit, the outputs of the test signal generation unit are connected to the corresponding inputs of the direction calculation unit to the radio emission source and the data analysis unit, the outputs of the eigenvector calculation unit are connected to the corresponding inputs of the direction calculation unit to a radio emission source whose output is connected to the corresponding input of the data analysis unit, the input of which is connected to the device When entering information about the possible direction of arrival of the signal, the outputs of the data analysis unit are connected to the control inputs of the corresponding complex weight multipliers, the inputs of the analog-to-digital converter are inputs, the input of the data analysis unit is the control input, and the outputs of the data analysis unit are the outputs of the vector generation unit weighting factors.

Недостатком этого устройства также является относительно низкая помехоустойчивость.The disadvantage of this device is also the relatively low noise immunity.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является многолучевая адаптивная антенная решетка [Адаптивная система разделения сигналов, приходящих с разных направлений / А.К. Морозов, Н.А. Лицарев // Радиотехника. - 1985. - №9. - С. 66-69], содержащая N однотипных приемных элементов и диаграммообразующий блок, группа входов которого соединена с выходами N однотипных приемных элементов через соответствующие им аналого-цифровые преобразователи, а также цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, группа входов которого соединена с выходами аналого-цифровых преобразователей, причем выход цифрового вычислителя вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования соединен со входом диаграммообразующего блока, выход которого соединен со входом цифрового вычислителя вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed device is a multipath adaptive antenna array [Adaptive system for separating signals coming from different directions / A.K. Morozov, N.A. Litsarev // Radio engineering. - 1985. - No. 9. - S. 66-69], containing N of the same type of receiving elements and a chart-forming unit, the group of inputs of which is connected to the outputs of N of the same type of receiving elements through their corresponding analog-to-digital converters, as well as a digital computer of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation, the group of inputs of which is connected to the outputs of analog-to-digital converters, and the output of the digital computer of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation is connected to the input of the beamforming eye, whose output is connected to the input of a digital calculating the weight vector spatial differentiation.

В этом устройстве осуществляется прием и обработка аддитивной суммы взаимно некоррелированных сигналов источников излучения (ИИ) на фоне пространственно-некоррелированного фонового излучения и собственных шумов приемных каналов адаптивной антенной решетки (ΑΑΡ):This device receives and processes the additive sum of mutually uncorrelated signals of radiation sources (AI) against the background of spatially uncorrelated background radiation and the noise of the receiving channels of the adaptive antenna array (ΑΑΡ):

где Υ=(y₁,y₂,…y_N)^T - вектор входного сигнала на приемных элементов ΑΑΡ, S_m=(S_m1,S_m2,…,S_mN)^T - вектор сигнала m-го ИИ на приемных элементов ΑΑΡ, η=(η₁,η₂,…,η_Ν)^T - вектор, являющийся аддитивной суммой пространственно-некоррелированного фонового излучения и собственных шумов приемных каналов ΑΑΡ.where Υ = (y ₁ , y ₂ , ... y _N ) ^T is the vector of the input signal at the receiving elements ΑΑΡ, S _m = (S _m1 , S _m2 , ..., S _mN ) ^T is the signal vector of the m-th AI at the receiving elements ΑΑΡ, η = (η ₁ , η ₂ , ..., η _Ν ) ^T is the vector that is the additive sum of the spatially uncorrelated background radiation and the noise of the receiving channels ΑΑΡ.

Цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования обеспечивает их определение из условия обеспечения на выходе диаграммообразующего блока минимума среднего квадрата ошибки отклонения сигнала принятого первым антенным элементом, от взвешенной суммы сигналов принятых остальных (Ν-1) приемных элементов ΑΑΡ:A digital vector calculator of the weighting coefficients of spatial differentiation ensures their determination from the condition of ensuring at the output of the beam-forming block the minimum of the average square error of the deviation of the signal received by the first antenna element from the weighted sum of the signals received by the remaining (Ν-1) receiving elements ΑΑΡ:

где е₀ - сигнал на выходе диаграммообразующего блока, характеризующий ошибку отклонения сигнала принятого первым антенным элементом от взвешенной суммы сигналов, принятых остальных (Ν-1) приемных элементов ΑΑΡ,

- сигнал принятый k-м приемным элементом,

- коэффициенты авторегрессионной модели, определяемые на основе решения уравнения Юла-Уолкера [Марпл-мл., С.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С.Л. Марпл-мл. - М.: Мир, 1990. - 584 с].where e ₀ is the signal at the output of the beam-forming unit, characterizing the error of deviation of the signal received by the first antenna element from the weighted sum of signals received by the remaining (Ν-1) receiving elements ΑΑΡ,

- signal received by the kth receiving element,

are the coefficients of the autoregressive model, determined on the basis of the solution of the Yule-Walker equation [Marple ml., C. J. Digital spectral analysis and its applications / S.L. Marple ml. - M .: Mir, 1990. - 584 s].

Весовые коэффициенты w_i,

, M=N-1, вычисляемые цифровым вычислителем вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, являются корнями диаграммобразующего полинома (2) и связаны с его коэффициентами a_i,

формулами Виета [Воднев, В.Т. Основные математические формулы. Справочник / В.Т. Воднев, А.Ф. Наумович, Н.Ф. Наумович; под ред. Ю.С. Богданова. - Минск: Выш. школа, 1988. - 270с.]:Weighting factors w_i,

, M = N-1, calculated by the digital calculator of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation, are the roots of the diagram-forming polynomial (2) and are associated with its coefficients a_i,

Vieta formulas [Vodnev, V.T. Basic mathematical formulas. Reference book / V.T. Vodnev, A.F. Naumovich, N.F. Naumovich; under the editorship of Yu.S. Bogdanova. - Minsk: Ab. School, 1988. - 270p.]:

Каждый из весовых коэффициентов w_i,

, определяемый цифровым вычислителем вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования в установившемся режиме, определяет направление на источник излучения (ИИ), сигнал которого присутствует на входе приемных элементов, т.е. содержит информацию о пеленге на ИИ:Each of the weights w _i ,

, determined by the digital calculator of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation in the steady state, determines the direction to the radiation source (AI), the signal of which is present at the input of the receiving elements, i.e. contains information about the bearing on the AI:

где φ_i=2πdSin(θ_i)/λ - межэлементный фазовый набег сигнала i-го ИИ, - направление на i-й ИИ, отсчитанное от нормали к антенне, d - расстояние между приемными элементами.where φ _i = 2πdSin (θ _i ) / λ is the inter-element phase incursion of the signal of the i-th AI, is the direction to the i-th AI, counted from the normal to the antenna, d is the distance between the receiving elements.

Указанное обстоятельство позволяет ΑΑΡ формировать в пространстве Μ диаграмм направленностей (ДН) в направлении на ИИ.This circumstance allows ΑΑΡ to form in the space Μ radiation patterns (MD) in the direction of the AI.

Недостатком наиболее близкого технического решения является наличие систематических ошибок в оценках вектора весовых коэффициентов (ВВК), определяемых вычислителем вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, что обусловлено пространственно-некоррелированным фоновым излучением и внутренними шумами приемных каналов адаптивной антенной решетки (ΑΑΡ), величина которых растет с уменьшением величины сигнал/шум, приводящее к смещению диаграммы направленности (ДН) от источника излучения (ИИ). Это обусловливает относительно низкую помехоустойчивость наиболее близкого технического решения.The disadvantage of the closest technical solution is the presence of systematic errors in the estimates of the vector of weight coefficients (HVC) determined by the calculator of the vector of weight coefficients of spatial differentiation, which is due to spatially uncorrelated background radiation and internal noise of the receiving channels of the adaptive antenna array (ΑΑΡ), the value of which increases with decreasing signal-to-noise values, leading to a displacement of the radiation pattern (MD) from the radiation source (AI). This leads to a relatively low noise immunity of the closest technical solution.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение помехоустойчивости путем уменьшения систематических ошибок в оценках вектора весовых коэффициентов, вычисляемых сигнальным процессором, обусловленных пространственно-некоррелированным фоновым излучением, внутренними шумами приемных каналов адаптивной антенной решетки.The problem to which the invention is directed is to increase noise immunity by reducing systematic errors in the estimates of the vector of weight coefficients calculated by the signal processor due to spatially uncorrelated background radiation, internal noise of the receiving channels of the adaptive antenna array.

Требуемый технический результат заключается в повышении помехоустойчивости.The required technical result is to increase the noise immunity.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в многолучевую адаптивную антенную решетку, содержащую TV приемных элементов и диаграммообразующий блок, группа входов которого соединена с выходами N приемных элементов через соответствующие им аналого-цифровые преобразователи, а также цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, группа входов которого соединена с выходами аналого-цифровых преобразователей, причем выход цифрового вычислителя вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования соединен со входом диаграммообразующего блока, выход которого соединен со входом цифрового вычислителя вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, согласно изобретению, введен цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного накопления, группа входов которого объединена с группой входов цифрового вычислителя вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, а выход соединен со вторым входом диаграммообразующего блока, выход которого соединен со входом цифрового вычислителя вектора весовых коэффициентов пространственного накопления.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that, into a multipath adaptive antenna array containing TV receiving elements and a beam-forming unit, the group of inputs of which is connected to the outputs of N receiving elements through their corresponding analog-to-digital converters, as well as a digital weight vector calculator spatial differentiation coefficients, the group of inputs of which is connected to the outputs of analog-to-digital converters, and the output of a digital computer of the vector of spatial spatial differentiation coefficients is connected to the input of the beam-forming unit, the output of which is connected to the input of the digital calculator of the vector of spatial differentiation weights; according to the invention, a digital computer of the spatial accumulation weight vector is introduced, the group of inputs of which is combined with the group of inputs of the digital computer of the vector of spatial differentiation weights, and the output is connected to the second input a block whose output is connected to the input of a digital calculating the spatial weight vector accumulation.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что диаграммообразующий блок содержит Μ (M=N-1) последовательно соединенных линеек пространственной обработки сигналов, группа входов первой из которых является группой входов диаграммообразующего блока, а выход последней - является группой выходов диаграммообразующего блока, причем первый и второй входы линеек пространственной обработки сигналов являются, соответственно, первым и вторым входом диаграммообразующего блока.In addition, the required technical result is achieved by the fact that the beam-forming block contains Μ (M = N-1) series-connected lines of spatial signal processing, the group of inputs of the first of which is the group of inputs of the beam-forming block, and the output of the latter is the group of outputs of the beam-forming block, and the first and second inputs of the lines of spatial signal processing are, respectively, the first and second input of the beam-forming block.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в диаграммообразующем блоке линейка пространственной обработки сигналов содержит Μ последовательно соединенных каскадов пространственного дифференцирования с предварительным пространственным накоплением, каждый из которых выполнен в виде блоков пространственного накопления, входы которых являются первым входом линейки пространственной обработки сигналов, блоков комплексного взвешивания сигналов, первые входы которых являются вторым входом линейки пространственной обработки сигналов, а второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего ему j-го блока пространственного накопления, а также блока комплексного вычитания сигналов, первый вход которого соединен с выходом соответствующего ему (j-1)-го блока пространственного накопления, второй вход соединен с выходом j-го блока комплексного взвешивания сигналов, а выход является выходом каскада пространственного дифференцирования с предварительным пространственным накоплением.In addition, the required technical result is achieved by the fact that in the diagram-forming block the spatial signal processing line contains Μ series-connected spatial differentiation cascades with preliminary spatial accumulation, each of which is made in the form of spatial storage blocks, the inputs of which are the first input of the spatial signal processing line, blocks complex weighting of signals, the first inputs of which are the second input of the spatial signal processing, and the second input of each of which is connected to the output of the corresponding j-th block of spatial accumulation, as well as the complex signal subtraction unit, the first input of which is connected to the output of the corresponding (j-1) -th block of spatial accumulation, the second input connected to the output of the j-th block of complex signal weighting, and the output is the output of the spatial differentiation cascade with preliminary spatial accumulation.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что блок пространственного накопления содержит L-входовой сумматор, (L-1) блоков комплексного взвешивания сигналов и (L-2) блоков комплексного умножения, причем первый вход L-входового сумматора и первые входы (L-1) блоков комплексного взвешивания сигналов являются первым входом блока пространственного накопления, выходы блоков комплексного взвешивания сигналов соединены со входами L-входового сумматора, первые входы блоков комплексного умножения являются вторым входом блока пространственного накопления, вторые входы i-х блоков комплексного умножения соединены со вторыми входами i-х блоков комплексного взвешивания сигналов, а выход L-входового сумматора является выходом блока пространственного накопления.In addition, the desired technical result is achieved by the fact that the spatial storage unit contains an L-input adder, (L-1) blocks of complex signal weighting and (L-2) blocks of complex multiplication, with the first input of the L-input adder and the first inputs (L -1) the blocks of complex signal weighting are the first input of the spatial accumulation block, the outputs of the blocks of complex signal weighing are connected to the inputs of the L-input adder, the first inputs of the blocks of complex multiplication are the second input of the block transtvennogo accumulation second inputs i-x complex multiplication block connected to the second inputs of the i-x complex weighting block signals, and an output L-vhodovogo adder is the output of block storage space.

Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого устройства, являются N приемных элементов и диаграммообразующий блок, группа входов которого соединена с выходами N однотипных приемных элементов через соответствующие им аналого-цифровые преобразователи, а также цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, группа входов которого соединена с выходами аналого-цифровых преобразователей, причем выход цифрового вычислителя вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования соединен со входом диаграммообразующего блока, выход которого соединен со входом цифрового вычислителя вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования.Signs of the prototype, coinciding with the features of the claimed device, are N receiving elements and a beam-forming unit, the group of inputs of which is connected to the outputs of N of the same type of receiving elements through their corresponding analog-to-digital converters, as well as a digital computer of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation, the group of inputs of which is connected to outputs of analog-to-digital converters, and the output of a digital computer of the vector of weight coefficients of the spatial differential The loop is connected to the input of the beam-forming unit, the output of which is connected to the input of the digital computer of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении помехоустойчивости путем снижения величины систематических ошибок в оценках пеленгов на источники излучения, находящиеся в зоне ответственности адаптивной антенной решетки, для чего введены следующие существенные признаки заявляемого устройства, отличающие его от прототипа и обеспечивающие этот технический результат - цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного накопления, группа входов которого объединена с группой входов цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, а выход соединен со вторым входом диаграммообразующего блока, выход которого соединен со входом цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования.The invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing noise immunity by reducing the amount of systematic errors in the estimates of bearings on radiation sources that are in the area of responsibility of the adaptive antenna array, for which the following significant features of the claimed device have been introduced that distinguish it from the prototype and provide this technical result - digital calculator of the vector of spatial accumulation weight coefficients, the group of inputs of which is combined with the group of the inputs of the digital computer of the vector of weights of spatial differentiation, and the output is connected to the second input of the beam-forming unit, the output of which is connected to the input of the digital computer of the vector of weights of spatial differentiation.

Это подтверждает достижение в предложенном техническом решении новизны и оригинальности.This confirms the achievement in the proposed technical solution of novelty and originality.

Кроме того, заявителем предложен пример оригинальной конструкции диаграммообразующего блока и входящих в него узлов, а также детальные алгоритмы цифровых вычислителей, позволяющие произвести их программирование при выполнении в виде специализированных устройств вычислительной техники, что подтверждает соответствие предложения заявителя критерию промышленной применимости.In addition, the applicant has proposed an example of the original design of a diagram-forming unit and its constituent nodes, as well as detailed algorithms of digital computers that allow them to be programmed in the form of specialized computing devices, which confirms that the applicant’s proposal meets the criterion of industrial applicability.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фигурах 1 - 4, и графиками, представленными на фигурах 5, 6.The invention is illustrated by the drawings presented in figures 1 to 4, and the graphs presented in figures 5, 6.

На чертежах представлены:The drawings show:

на фиг. 1 - электрическая структурная схема многолучевой адаптивной антенной решетки;in FIG. 1 is an electrical block diagram of a multi-beam adaptive antenna array;

на фиг. 2 - электрическая структурная схема диаграммообразующего блока;in FIG. 2 is an electrical block diagram of a beam forming unit;

на фиг. 3 - электрическая структурная схема i-й линейки пространственной обработки принимаемого сигнала диаграммообразующего блока (курсивом показаны номера связей в линейках пространственной обработки принимаемого сигнала;in FIG. 3 is an electrical block diagram of the i-th line of spatial processing of the received signal of the beam-forming unit (italics show the numbers of links in the lines of spatial processing of the received signal;

на фиг. 4 - электрическая структурная схема блока пространственного накопления;in FIG. 4 is an electrical block diagram of a spatial storage unit;

на фиг. 5 - результаты решения уравнения статического режима адаптивной антенной решетки относительно весовых коэффициентов w_i, $i = \bar{1,2}$

;in FIG. 5 - the results of solving the equation of static mode of the adaptive antenna array relative to the weight coefficients w _i ,

i = \bar{1,2}

;

на фиг. 6 - результаты решения уравнения статического режима заявляемой адаптивной антенной решетки относительно весовых коэффициентов v_i,

in FIG. 6 - the results of solving the static mode equation of the inventive adaptive antenna array relative to the weight coefficients v _i ,

На чертежах обозначены:In the drawings are indicated:

1 - приемные элементы адаптивной антенной решетки, осуществляющие прием (регистрацию) СВЧ-сигнала источника излучения, который может быть выполнен в виде полосковой антенны [Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток / под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радиотехника, 2003, 631 с. ];1 - receiving elements of an adaptive antenna array, performing the reception (registration) of the microwave signal of the radiation source, which can be made in the form of a strip antenna [Microwave devices and antennas. Design of phased antenna arrays / ed. DI. Voskresensky. M .: Radio engineering, 2003, 631 p. ];

2 - диаграммообразующий блок, реализующий Μ-кратное пространственное дифференцирование принимаемого сигнала с предварительным пространственным накоплением;2 - chart-forming unit that implements Μ-fold spatial differentiation of the received signal with preliminary spatial accumulation;

3 - цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов каскадов пространственного дифференцирования, который может быть выполнен на базе цифрового процессора обработки сигналов, например, микросхеме TMS320C6x [Остапенко, А.Г. Цифровые процессоры обработки сигналов: Справочник. / А.Г. Остапенко, С.И. Лавлинский, А.Б. Сушков и др., - М.: Радио и связь, 1994];3 - a digital computer for the vector of weighting coefficients of cascades of spatial differentiation, which can be performed on the basis of a digital signal processing processor, for example, a TMS320C6x chip [Ostapenko, A.G. Digital Signal Processing Processors: A Guide. / A.G. Ostapenko, S.I. Lavlinsky, A.B. Sushkov and others, - M .: Radio and communications, 1994];

4 - цифровой вычислитель вектора весовых коэффициентов каскада пространственного накопления, который может быть выполнен на базе цифрового процессора обработки сигналов, например, микросхеме TMS320C6x [Остапенко, А.Г. Цифровые процессоры обработки сигналов: Справочник. / А.Г. Остапенко, СИ. Лавлинский, А.Б. Сушков и др., - М.: Радио и связь, 1994];4 - a digital computer for the vector of weighting coefficients of the spatial accumulation stage, which can be performed on the basis of a digital signal processing processor, for example, a TMS320C6x chip [Ostapenko, A.G. Digital Signal Processing Processors: A Guide. / A.G. Ostapenko, SI. Lavlinsky, A.B. Sushkov and others, - M .: Radio and communications, 1994];

5/i - линейка пространственной обработки принятого сигнала, где i= 1…М;5 / i - a line of spatial processing of the received signal, where i = 1 ... M;

6 - блок пространственного накопления, осуществляющий взвешенное, относительно сигнала ν_i, суммирование поступающих пространственных отсчетов x₁,

в соответствии с соотношением6 - block spatial storage, carrying out a weighted, relative to the signal ν _i , the summation of the incoming spatial samples x ₁ ,

in accordance with the ratio

где

- сигнал на выходе блока пространственного накопления, x_i,

- пространственные отсчеты поступающего сигнала, (·)^* - операция комплексного сопряжения;Where

- signal at the output of the spatial storage unit, x _i ,

- spatial samples of the incoming signal, (·) ^* - complex conjugation operation;

7 - блок комплексного взвешивания сигналов, осуществляющий умножение комплексных сигналов, поступающих на его соответствующие входы и реализующий соотношение7 - block integrated signal weighing, performing the multiplication of complex signals received at its respective inputs and realizing the ratio

где х₀ - сигнал на выходе блока комплексного взвешивания сигналов, х₁ - сигнал на первом входе блока комплексного взвешивания сигналов, х₂ - сигнал на втором входе блока комплексного взвешивания сигналов, "*" - знак комплексного сопряжения;where x ₀ is the signal at the output of the complex signal weighting unit, x ₁ is the signal at the first input of the complex signal weighting unit, x ₂ is the signal at the second input of the complex signal weighing unit, "*" is the sign of complex conjugation;

8 - блок комплексного вычитания сигналов, осуществляющий вычитание комплексных сигналов поступающих на его входы и реализующий соотношение8 - block complex subtraction of signals, subtracting complex signals arriving at its inputs and implementing the ratio

x₀=x₁-x₂,x ₀ = x ₁ -x ₂ ,

где х₀ - сигнал на выходе блока комплексного вычитания сигналов;where x ₀ is the signal at the output of the complex signal subtraction block;

х₁ - сигнал на первом входе блока комплексного вычитания сигналов;x ₁ - signal at the first input of the complex signal subtraction unit;

х₂ - сигнал на втором входе блока комплексного вычитания сигналов.x ₂ is the signal at the second input of the complex signal subtraction unit.

9 - блок комплексного умножения сигналов, осуществляющий умножение комплексных сигналов, поступающих на его соответствующие входы, и реализующий соотношение9 is a block of complex signal multiplication, performing the multiplication of complex signals arriving at its corresponding inputs, and realizing the ratio

x₀=x₁·x₂,x ₀ = x ₁ · x ₂ ,

где х₀ - сигнал на выходе блока комплексного умножения сигналов, х₁ - сигнал на первом входе блока комплексного умножения сигналов, х₂ - сигнал на втором входе блока комплексного умножения сигналов;where x ₀ is the signal at the output of the complex signal multiplication block, x ₁ is the signal at the first input of the complex signal multiplication block, x ₂ is the signal at the second input of the complex signal multiplication block;

10 - L-входовый сумматор, осуществляет суммирования комплексных сигналов поступающих на его входы в соответствии с правилом10 - L-input adder, performs the summation of complex signals arriving at its inputs in accordance with the rule

где х₀ - сигнал на выходе L-входового сумматора, x₁,

пространственные отсчеты поступающего сигнала;where x ₀ is the signal at the output of the L-input adder, x ₁ ,

spatial samples of the incoming signal;

11 - блок комплексного взвешивания сигналов блока пространственного накопления (блок 11 выполнен аналогично блоку 7);11 - block complex weighting signals of the spatial storage unit (block 11 is made similar to block 7);

12 - аналого-цифровой преобразователь, осуществляющий преобразование принятого СВЧ-сигнала в цифровую форму, который может быть выполнен, например, на базе субмодуля ADM214x10M, устанавливаемого в разъем ADMX базовых модулей [, mfo@msys.rn., ЗАО "Инструментальные системы"].12 - analog-to-digital Converter that converts the received microwave signal into digital form, which can be performed, for example, on the basis of the ADM214x10M submodule installed in the ADMX connector of the base modules [, mfo@msys.rn., Instrumental Systems CJSC] .

Многолучевая адаптивная антенная решетка (фиг. 1) содержит N приемных элементов 1 и диаграммообразующий блок 2, группа входов которого соединена с выходами N приемных элементов через соответствующие им аналого-цифровые преобразователи 12, а также цифровой вычислитель 3 вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, группа входов которого соединена с выходами аналого-цифровых преобразователей 12, причем выход цифрового вычислителя 3 вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования соединен со входом диаграммообразующего блока 2, выход которого соединен со входом цифрового вычислителя 3 вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования.The multi-beam adaptive antenna array (Fig. 1) contains N receiving elements 1 and a beam-forming unit 2, the group of inputs of which is connected to the outputs of N receiving elements through their corresponding analog-to-digital converters 12, as well as a digital computer 3 of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation, a group of inputs which is connected to the outputs of the analog-to-digital converters 12, and the output of the digital computer 3 of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation is connected to the input a beam-forming unit 2, the output of which is connected to the input of a digital computer 3 of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation.

Кроме того, многолучевая адаптивная антенная решетка содержит цифровой вычислитель 4 вектора весовых коэффициентов пространственного накопления, группа входов которого объединена с группой входов цифрового вычислителя 3 вектора весовых коэффициентов пространственного дифференцирования, а выход соединен со вторым входом диаграммообразующего блока 2, выход которого соединен со входом цифрового вычислителя 4 вектора весовых коэффициентов пространственного накопления.In addition, the multipath adaptive antenna array contains a digital computer 4 of the vector of weighting coefficients of spatial accumulation, the input group of which is combined with a group of inputs of a digital computer 3 of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation, and the output is connected to the second input of the beam-forming unit 2, the output of which is connected to the input of the digital computer 4 vectors of spatial accumulation weight coefficients.

Диаграммообразующий блок (фиг. 2) содержит Μ (M=N-1) последовательно соединенных линеек 5 пространственной обработки сигналов, группа входов первой из которых 5/1 является группой входов диаграммообразующего блока 2, а выход последней 5/М является группой выходов диаграммообразующего блока 2, причем первый и второй входы линеек 5 пространственной обработки сигналов являются, соответственно, первым и вторым входом диаграммообразующего блока 2.The beam-forming block (Fig. 2) contains Μ (M = N-1) series-connected lines 5 of spatial signal processing, the group of inputs of the first of which 5/1 is the group of inputs of the beam-forming block 2, and the output of the last 5 / M is the group of outputs of the beam-forming block 2, the first and second inputs of the lines 5 of spatial signal processing are, respectively, the first and second input of the beam-forming unit 2.

В диаграммообразующем блоке 2 (фиг. 2) линейки 5 пространственной обработки сигналов (фиг. 3) содержат Μ последовательно соединенных каскадов пространственного дифференцирования с предварительным пространственным накоплением, каждый из которых выполнен в виде блоков 6 пространственного накопления, входы которых являются первым входом линейки 5 пространственной обработки сигналов, блоков 7 комплексного взвешивания сигналов, первые входы которых являются вторым входом линейки 5 пространственной обработки сигналов, а второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего ему j-го блока 6 пространственного накопления, а также блока 8 комплексного вычитания сигналов, первый вход которого соединен с выходом соответствующего ему (j-1)-го блока 6 пространственного накопления, второй вход соединен с выходом j-го блока 7 комплексного взвешивания сигналов, а выход является выходом каскада пространственного дифференцирования с предварительным пространственным накоплением.In the beam-forming block 2 (Fig. 2), the spatial signal processing lines 5 (Fig. 3) contain Μ series-connected spatial differentiation cascades with preliminary spatial accumulation, each of which is made in the form of spatial storage blocks 6, the inputs of which are the first input of the spatial spatial line 5 processing of signals, blocks 7 complex weighting of signals, the first inputs of which are the second input of the line 5 spatial signal processing, and the second input of each and which is connected to the output of the corresponding j-th block 6 of spatial accumulation, as well as block 8 of a complex subtraction of signals, the first input of which is connected to the output of the corresponding (j-1) -th block 6 of spatial accumulation, the second input is connected to the output of the j-th unit 7 of the integrated signal weighting, and the output is the output of the spatial differentiation cascade with preliminary spatial accumulation.

Блок 6 пространственного накопления (фиг. 4) содержит L-входовой сумматор 10, (L-1) блоков 11 комплексного взвешивания сигналов и (L-2) блоков 9 комплексного умножения, причем первый вход L-входового сумматора 10 и первые входы (L-1) блоков И комплексного взвешивания сигналов являются первым входом блока 6 пространственного накопления, выходы блоков 11 комплексного взвешивания сигналов соединены со входами L-входового сумматора 10, первые входы блоков 9 комплексного умножения являются вторым входом блока 6 пространственного накопления, вторые входы i-х блоков 9 комплексного умножения соединены со вторыми входами i-х блоков 11 комплексного взвешивания сигналов, а выход L-входового сумматора 10 является выходом блока 6 пространственного накопления.The spatial storage unit 6 (Fig. 4) contains an L-input adder 10, (L-1) blocks 11 complex signal weighting and (L-2) blocks 9 complex multiplication, and the first input of the L-input adder 10 and the first inputs (L -1) blocks And complex signal weighting are the first input of spatial storage unit 6, the outputs of complex signal weighting blocks 11 are connected to the inputs of the L-input adder 10, the first inputs of complex multiplication blocks 9 are the second input of spatial storage unit 6, the second inputs are icomplex multiplication locks 9 are connected to second inputs x i-units 11 integrated weighing signals, and an output L-vhodovogo adder 10 is the output of block 6 the spatial accumulation.

Многолучевая адаптивная антенная решетка (ΑΑΡ) работает следующим образом.Multipath adaptive antenna array (ΑΑΡ) works as follows.

Как следует из описанных выше фигур, адаптивная антенная решетка (фиг. 1) содержит N однотипных приемных элементов 1, N однотипных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 12, цифровой вычислитель 3 весовых коэффициентами w_k,

, (M<N) пространственного дифференцирования, цифровой вычислитель 4 вычисления весовых коэффициентов ν_k,

пространственного накопления и диаграммообразующий блок 2 (фиг. 2), состоящий из Μ последовательно соединенных линеек 5 пространственной обработки сигналов (фиг. 2).As follows from the above figures, the adaptive antenna array (Fig. 1) contains N of the same type of receiving elements 1, N of the same type of analog-to-digital converters (ADC) 12, a digital computer 3 weight coefficients w _k ,

, (M <N) spatial differentiation, digital computer 4 calculating weight coefficients ν _k ,

spatial accumulation and diagram-forming unit 2 (Fig. 2), consisting of Μ series-connected lines 5 of spatial signal processing (Fig. 2).

Каждая i-я линейка пространственной обработки сигналов (фиг. 3) содержит M-i, где «i» - номер линейки пространственной обработки, каскадов пространственного дифференцирования с предварительным пространственным накоплением, каждый из которых содержит два блока 6 пространственного накопления сигналов, каждый из которых в свою очередь и, как это показано на фиг. 4, состоит из одного L-входового сумматора 10, (L-1)-го блока 11 комплексного взвешивания сигналов, (L-2)-x блоков 9 комплексного умножения), а также блока 11 комплексного взвешивания сигналов, выполненного аналогично блоку 7 и блока 8 комплексного вычитания 8 сигналов.Each i-th line of the spatial signal processing (Fig. 3) contains Mi, where “i” is the number of the spatial processing line, spatial differentiation cascades with preliminary spatial accumulation, each of which contains two blocks 6 of the spatial accumulation of signals, each of which has its own queue and, as shown in FIG. 4, consists of one L-input adder 10, (L-1) -th block 11 complex signal weighting, (L-2) -x blocks 9 complex multiplication), as well as block 11 complex signal weighting, performed similarly to block 7 and block 8 complex subtraction of 8 signals.

В соответствии со схемой фиг. 4, в каждом j-м блоке 6 пространственного накопления каждой i-й линейки пространственной обработки сигналов диаграммообразующего блока 2 первый вход L-входового сумматора 10 соединен с выходом j-го блока 8 комплексного вычитания предыдущей (i-1)-й линейки пространственной обработки сигналов, за исключением первой линейки, в которой он соединен с выходом j-го приемного элемента 1, второй вход L-входового сумматора 10 соединен с выходом первого блока 11 комплексного взвешивания сигналов, первый вход которого соединен с выходом (j+1)-го блока 8 комплексного вычитания предыдущей (i-1)-й линейки пространственной обработки, за исключением первой, в которой он соединен с выходом (j+1)-го приемного элемента 1, второй вход первого блока 11 комплексного взвешивания сигналов соединен с i-м выходом цифрового вычислителя 4, вычисляющего весовой коэффициент ν_i, третий вход L-входового сумматора 10 соединен с выходом второго блока 11 комплексного взвешивания сигналов, первый вход которого соединен с выходом (j+2)-го блока 8 комплексного вычитания сигналов предыдущей (i-1)-й линейки пространственной обработки сигнала, за исключением первой, в которой он соединен с выходом (j+2)-го приемного элемента 1, второй вход второго блока 11 комплексного взвешивания сигналов соединен с выходом первого блока 9 комплексного умножения, первый и второй входы которого соединены с i-м выходом цифрового вычислителя 4, вычисляющего весовой коэффициент ν_i, последующие l,

входы L-входового сумматора 10 соединены с соответствующим выходом последующих блоков 11 комплексного взвешивания сигналов, первый вход которых соединен с выходом j+l-1 блока 8 комплексного вычитания сигналов предыдущей (i-1)-й линейки пространственной обработки за исключением первой, в которой он соединен с выходом (j+l-1)-го антенного элемента 1, второй вход указанных блоков 11 комплексного взвешивания сигналов соединен с выходом соответствующих блоков 9 комплексного умножения, первый вход которых соединен с выходом блока 9 комплексного умножения предыдущего входа L-входового сумматора 10, вторые входы указанных блоков 9 комплексного умножения соединены с i-м выходом цифрового вычислителя 4, вычисляющего весовой коэффициент ν_i, выход L-входового сумматора 10 каждого j-го блока 6 пространственного накопления каждой i-й линейки пространственной обработки принимаемого сигнала подключен к первому входу j-го блока 8 комплексного вычитания 8 сигналов каждой i-й линейки пространственной обработки сигнала, второй вход которого соединен с выходом j-го блока 11 комплексного взвешивания сигналов i-й линейки пространственной обработки сигнала, первый вход которого соединен с выходом L-входового сумматора 10 (j+1)-го блока 6 пространственного накопления i-й линейки пространственной обработки сигнала, а второй вход соединен с i-м выходом цифрового вычислителя 3, вычисляющего весовой коэффициент w_i, при этом выходом заявляемой адаптивной антенной решетки выход блока 8 комплексного вычитания сигналов Μ-й линейки пространственной обработки принимаемого сигнала.In accordance with the diagram of FIG. 4, in each j-th block 6 of spatial accumulation of each i-th line of spatial signal processing of the beam-forming block 2, the first input of the L-input adder 10 is connected to the output of the j-th block 8 of complex subtraction of the previous (i-1) -th line of spatial processing signals, with the exception of the first line in which it is connected to the output of the j-th receiving element 1, the second input of the L-input adder 10 is connected to the output of the first block 11 of the complex signal weighting, the first input of which is connected to the output of the (j + 1) -th block 8 complex of the subtraction of the previous (i-1) -th spatial processing ruler, except for the first one, in which it is connected to the output of the (j + 1) -th receiving element 1, the second input of the first complex signal-weighting unit 11 is connected to the i-th output of the digital a calculator 4 calculating the weight coefficient ν _i , the third input of the L-input adder 10 is connected to the output of the second complex signal weighting unit 11, the first input of which is connected to the output of the (j + 2) -th unit 8 of the complex signal subtraction of the previous (i-1) si spatial processing rulers drove, with the exception of the first, in which it is connected to the output of the (j + 2) -th receiving element 1, the second input of the second complex signal weighting unit 11 is connected to the output of the first complex multiplication unit 9, the first and second inputs of which are connected to the ith the output of the digital computer 4, calculating the weight coefficient ν _i , subsequent l,

the inputs of the L-input adder 10 are connected to the corresponding output of the subsequent integrated signal weighting units 11, the first input of which is connected to the j + l-1 output of the complex signal subtraction unit 8 of the previous (i-1) -th spatial processing line except the first, in which it is connected to the output of the (j + l-1) -th antenna element 1, the second input of these integrated signal weighting units 11 is connected to the output of the corresponding complex multiplication units 9, the first input of which is connected to the output of the complex multiplied unit 9 ia of the previous input of the L-input adder 10, the second inputs of these complex multiplication blocks 9 are connected to the i-th output of a digital calculator 4 that calculates the weight coefficient ν _i , the output of the L-input adder 10 of each j-th spatial storage unit 6 of each i-th the line of spatial processing of the received signal is connected to the first input of the j-th block 8 complex subtraction of 8 signals of each i-th line of spatial processing of the signal, the second input of which is connected to the output of the j-th block 11 of the complex weighting signal in the i-th spatial signal processing line, the first input of which is connected to the output of the L-input adder 10 (j + 1) -th spatial storage unit 6 of the i-th spatial signal processing line, and the second input is connected to the i-th output of the digital computer 3, calculating the weight coefficient w _i , while the output of the inventive adaptive antenna array output block 8 complex subtraction of signals of the й-th line of spatial processing of the received signal.

В соответствии с описанием конструкции многолучевой адаптивной антенной решетки (ΑΑΡ) опишем пример работы.In accordance with the design description of the multi-beam adaptive antenna array (ΑΑΡ), we describe an example of operation.

Пусть в зоне ответственности ΑΑΡ находятся Μ узкополосных (в пространственно-временном смысле) источников излучения (ИИ), находящихся в дальней зоне дифракции, сигналы которых регистрируются приемными элементами 1 ΑΑΡ:Suppose that in the zone of responsibility-there are Μ narrow-band (in the space-time sense) radiation sources (II) located in the far diffraction zone, the signals of which are recorded by the receiving elements 1 ΑΑΡ:

где

- вектор размерности 1×N, характеризующий сигнал i-го ИИ на N приемных элементах ΑΑΡ;Where

- a vector of dimension 1 × N, characterizing the signal of the i-th AI on N receiving elements ΑΑΡ;

φ_i=2πdSin(θ_i)/λ - межэлементный фазовый набег сигнала i-го ИИ;φ _i = 2πdSin (θ _i ) / λ is the inter-element phase incursion of the signal of the i-th AI;

θ_i - направление на i-й ИИ, отсчитанное от нормали к антенне;θ _i - direction on the i-th AI, counted from the normal to the antenna;

d - расстояние между элементами антенной решетки.d is the distance between the elements of the antenna array.

Сигнал, регистрируемый N приемными элементами 1, подается на первую линейку пространственной обработки принимаемого сигнала - линейку 5/1 (фиг. 2) диаграммообразующего блока 2 таким образом, что сигнал, регистрируемый L (L<N) приемными элементами 1, начиная с первого, подается на первый блок 6 пространственного накопления линейки 5/1, сигнал, регистрируемый L приемными элементами 1, начиная со второго, подается на второй блок 6 пространственного накопления линейки 5/1 и т.д., т.е. сигнал, регистрируемый L приемными элементами 1, начиная с l-го

приемного элемента 1, подается на i-й блок 6 пространственного накопления линейки 5/1, алгоритм работы которого состоит во взвешенном суммировании сигнала, регистрируемых приемными элементами 1:The signal recorded by N receiving elements 1 is fed to the first spatial processing line of the received signal — line 5/1 (Fig. 2) of the beam-forming unit 2 so that the signal recorded by L (L <N) receiving elements 1, starting from the first, is supplied to the first spatial storage unit 6 of the line 5/1, the signal registered by the L receiving elements 1, starting from the second, is fed to the second spatial storage unit 6 of the line 5/1, etc., i.e. signal recorded by L receiving elements 1, starting from the lth

receiving element 1, is fed to the i-th block 6 of the spatial accumulation of the line 5/1, the algorithm of which consists in a weighted summation of the signal recorded by the receiving elements 1:

где

- сигнал, формируемый i-м блоком пространственного накопления 6 линейки 5/1 диаграммообразующего блока 2 (отметим верхний индекс "1" взвешенной суммы

показывает номер линейки пространственной обработки принимаемого сигнала, нижний - номер блока 6 пространственного накопления в линейке 5/1 пространственной обработки принятого сигнала); ν₁ - значение весового коэффициента, формируемое цифровым вычислителем 4.Where

- the signal generated by the i-th spatial storage unit 6 of the line 5/1 of the beam-forming unit 2 (note the superscript “1” of the weighted sum

shows the number of the spatial processing line of the received signal, the lower one is the number of the spatial storage unit 6 in the spatial processing line 5/1 of the received signal); ν ₁ - the value of the weight coefficient generated by the digital computer 4.

Каждый из отсчетов

,

, сформированный i-м блоком 6 пространственного накопления линейки 5/1, подается на первый вход i-го блока 8 комплексного вычитания сигналов линейки 5/1, на второй вход которых подается значение отсчета

, сформированное (i+1)-м блоком 6 пространственного накопления и взвешенное в блоке 7 комплексного взвешивания сигналов линейки 5/1 весовым коэффициентом w₁, значение которого формируется цифровым вычислителем 3. В результате этого, на выходе линейки 5/1 формируется последовательность пространственных отсчетов

y_{i}^{1}

, значение которых определяется в соответствии с выражением:Each of the readings

,

formed by the i-th block 6 of spatial accumulation of the line 5/1, is fed to the first input of the i-th block 8 of the complex subtraction of signals of the line 5/1, to the second input of which a reference value is supplied

formed by the (i + 1) -th spatial storage unit 6 and weighted in the complex weighting unit 7 of the 5/1 signal line by the weight coefficient w ₁ , the value of which is generated by the digital computer 3. As a result, a sequence of spatial signals is generated at the output of the 5/1 line counts

y_{i}^{one}

whose value is determined in accordance with the expression:

где

- взвешенные суммы, сформированные i-м и (i+1)-м блоками 6 пространственного накопления линейки 5/1.Where

- weighted amounts generated by the i-th and (i + 1) -th blocks 6 of spatial accumulation of the line 5/1.

Далее, отсчеты $y_{i}^{1}$

сигналов, сформированные линейкой 5/1, подаются на вторую линейку пространственной обработки принимаемого сигнала - линейку 5/2 диаграммообразующего блока 2, таким образом, что отсчеты, формируемые L блоком 8 комплексного вычитания сигналов линейки 5/1, начиная с первого, подаются в первый блок 6 пространственного накопления линейки 5/2, отсчеты, формируемые L блоком 8 комплексного вычитания сигналов линейки 5/1, начиная со второго, подаются во второй блок 6 пространственного накопления линейки 5/2 и т.д., т.е. отсчеты, формируемые L блоками 8 комплексного вычитания сигналов линейки 5/1, начиная с l-го блока 8 комплексного вычитания сигналов линейки 5/2, подаются на l-й блок 6 пространственного накопления линейки 5/2, алгоритм работы которого в соответствии состоит во взвешенном суммировании отсчетов сигнала, сформированного линейкой 5/1:Further, readings

y_{i}^{one}

signals generated by line 5/1 are fed to the second line of spatial processing of the received signal - line 5/2 of the beam-forming unit 2, so that the samples generated by L block 8 complex subtraction of signals of line 5/1, starting from the first, are fed to the first block 6 spatial accumulation of the line 5/2, the samples generated by L block 8 complex subtraction of signals of the line 5/1, starting from the second, are fed to the second block 6 of spatial accumulation of the line 5/2, etc., i.e. the samples generated by L blocks 8 of the complex subtraction of signals of the 5/1 line, starting from the l-th block 8 of the complex subtraction of the signals of the 5/2 line, are fed to the l-th block 6 of the spatial accumulation of the 5/2 line, the operation algorithm of which, in accordance with weighted summation of the samples of the signal generated by the line 5/1:

где

- сигнал, формируемый i-м блоком 6 пространственного накопления линейки 5/2 диаграммообразующего блока 2; ν₂ - значение весового коэффициента, формируемое цифровым вычислителем 4.Where

- the signal generated by the i-th block 6 of spatial accumulation of the line 5/2 of the beam-forming block 2; ν ₂ - the value of the weight coefficient generated by the digital computer 4.

Каждый из отсчетов

,

, сформированный i-м блоком 6 пространственного накопления линейки 5/2, подается на первый вход i-го блока 8 комплексного вычитания сигналов линейки 5/2, на второй вход которых подается значение отсчета

, сформированное (i+1)-м блоком 6 пространственного накопления линейки 5/2 и взвешенное в блоке 7 комплексного взвешивания сигналов линейки 5/2 весовым коэффициентом w₂, значение которого формируется цифровым вычислителем 3. В результате этого на выходе линейки 5/2 формируется последовательность пространственных отсчетов

, значение которых определяются в соответствии с выражением:Each of the readings

,

formed by the i-th block 6 of spatial accumulation of the line 5/2, is fed to the first input of the i-th block 8 of the complex subtraction of signals of the line 5/2, the second input of which is supplied with a reference value

formed by the (i + 1) th block 6 of spatial storage of the line 5/2 and weighted in block 7 of the complex weighting of the signals of the line 5/2 weight coefficient w ₂ , the value of which is generated by the digital computer 3. As a result, the output of the line 5/2 a sequence of spatial samples is formed

whose value is determined in accordance with the expression:

где

- взвешенные суммы, сформированные i-м и (i+1)-м блоком 6 пространственного накопления линейки 5/2, и т.д. - каждая 5/i-я линейка пространственной обработки принимаемого сигнала, т.е. линейка 5/i диаграммообразующего блока 2 формирует последовательность пространственных отсчетов

, значения которых определяются в соответствии с выражением:Where

- weighted amounts generated by the i-th and (i + 1) -th block 6 of spatial accumulation of the 5/2 line, etc. - each 5th i-th line of spatial processing of the received signal, i.e. the line 5 / i of the beam-forming block 2 forms a sequence of spatial samples

whose values are determined in accordance with the expression:

где

- взвешенные суммы, сформированные i-м и (i+1)-м блоком 6 пространственного накопления линейки 5/i, при этом выходной сигнал е₀ адаптивной антенной решетки формируется блоком 8 комплексного вычитания сигналов линейки 5/М диаграммообразующего блока 2, значение которого определяется в соответствии с выражением:Where

- weighted sums generated by the ith and (i + 1) th block 6 of spatial accumulation of the 5 / i line, while the output signal e _{0 of the} adaptive antenna array is generated by the block 8 of complex subtraction of the signals of the 5 / M line of the beam-forming block 2, the value of which determined in accordance with the expression:

где

- вектор, имеющий размерность 1×(М+1), элементы которого суть весовые коэффициенты w_i,

, формируемые цифровым вычислителем 3;Where

is a vector having a dimension of 1 × (M + 1), the elements of which are weight coefficients w _i ,

formed by a digital computer 3;

- матрица, имеющая размерность (1+M)×N и структура которой определяется вектором фокусировки

, элементами которого являются весовые коэффициенты ν_i,

, формируемые цифровым вычислителем 4.

- a matrix having the dimension (1 + M) × N and whose structure is determined by the focus vector

whose elements are weights ν _i ,

formed by a digital computer 4.

Сигнал е₀ поступает на вход "0" цифрового вычислителя 4, а на остальные его входы поступает сигнал, регистрируемый соответствующими приемными элементами 1.The signal e _{0 is} fed to the input "0" of the digital computer 4, and the signal registered by the corresponding receiving elements 1 is supplied to its other inputs.

Цифровой вычислитель 3 и цифровой вычислитель 4 вычисляют значения весовых коэффициентов ν_i, w_i,

в соответствии с критерием МСКО предсказания значения сигнала, регистрируемого первым антенным элементом 1 по взвешенной сумме значений сигналов, регистрируемых остальными (N-1)-м приемными элементами 1, алгоритм работы которых определяется уравнением (12) для цифрового вычислителя 3:Digital computer 3 and digital computer 4 calculate the values of the weights ν _i , w _i ,

in accordance with the ISCED criterion for predicting the signal value recorded by the first antenna element 1 by the weighted sum of the signal values recorded by the other (N-1) -th receiving elements 1, the operation algorithm of which is determined by equation (12) for digital computer 3:

где W=(w₁,w₂,…,w_M)^T - вектор весовых коэффициентов цифрового вычислителя 3,

- вектор производных выходного сигнала адаптивной антенной решетки по измеряемым параметрам

µ_W - коэффициент, определяемый постоянной времени цепей обратной связи цифрового вычислителя 3, "*" - знак комплексного сопряжения,where W = (w ₁ , w ₂ , ..., w _M ) ^T is the vector of weights of the digital computer 3,

- vector of the derivatives of the output signal of the adaptive antenna array with respect to the measured parameters

µ _W - coefficient determined by the time constant of the feedback circuits of digital computer 3, "*" - sign of complex conjugation,

и уравнением (13), для цифрового вычислителя 4:and equation (13), for digital computer 4:

где V=(ν₁,ν₂,…,ν_m)^T - вектор весовых коэффициентов сигнального процессора 4,

μ_V - коэффициент, определяемый постоянной времени цепей обратной связи цифрового вычислителя 4.where V = (ν ₁ , ν ₂ , ..., ν _m ) ^T is the vector of weighting coefficients of the signal processor 4,

μ _V - coefficient determined by the time constant of the feedback circuits of the digital computer 4.

Вычисленные значения весовых коэффициентов ν_i, w_i,

цифровым вычислителем 3 и цифровым вычислителем 4 поступают в диаграммообразующий блок 2.The calculated values of the weighting coefficients ν _i , w _i ,

digital calculator 3 and digital calculator 4 are received in a diagram-forming unit 2.

В установившемся режиме значения весовых коэффициентов ν_i, w_i,

находятся из решения системы уравнений:In the steady state, the values of the weight coefficients ν _i , w _i ,

are found from the solution of the system of equations:

где

- средняя мощность ошибки предсказания (экстраполяции) значения сигнала, регистрируемого первым антенным элементом 1.Where

- the average power of the prediction error (extrapolation) of the signal value recorded by the first antenna element 1.

В общем случае система (14) не имеет аналитического решения. На графиках фиг. 5 представлены результаты численного решения системы (14) относительно аргументов весовых коэффициентов ν_i, w_i,

для адаптивной антенной решетки с количеством N антенных элементов 1, равным N=3, 7, 12. Система уравнений (14) решалась методом Рунге-Кутта при значении величины отношения сигнал/шум, равном 2 дБ. Результаты решения системы уравнений (14) относительно весовых коэффициентов ν_i, w_i,

представлены графиками на фиг. 5 (весовые коэффициенты w_i,

) и фиг. 6 (весовые коэффициенты ν_i,

).In the general case, system (14) does not have an analytical solution. In the graphs of FIG. 5 presents the results of a numerical solution of system (14) with respect to the arguments of the weighting coefficients ν _i , w _i ,

for an adaptive antenna array with the number N of antenna elements 1 equal to N = 3, 7, 12. The system of equations (14) was solved by the Runge-Kutta method with a signal-to-noise ratio of 2 dB. The results of solving the system of equations (14) with respect to the weight coefficients ν _i , w _i ,

represented by graphs in FIG. 5 (weights w _i ,

) and FIG. 6 (weights ν _i ,

)

Решение системы уравнений (14) при N=3 соответствует прототипу заявляемой адаптивной антенной решетки (L=1).The solution of the system of equations (14) with N = 3 corresponds to the prototype of the inventive adaptive antenna array (L = 1).

Решение системы уравнений (14) при N=7, 12 соответствует заявляемой адаптивной антенной решетке, в которой в линейках 5/1, 5/2 диаграммообразующего блока 2 используется L-входовый сумматор при L=5, 10, соответственно.The solution of the system of equations (14) with N = 7, 12 corresponds to the inventive adaptive antenna array, in which in the lines 5/1, 5/2 of the beam-forming unit 2, an L-input adder is used at L = 5, 10, respectively.

На графиках фиг. 5 и 6 пунктирной линией показаны положения источников излучения, когда один из них находился под углом θ₁=50° относительно нормали к ΑΑΡ, а второй - последовательно перемещался относительно первого. Значения фазовых набегов в аргументах весовых коэффициентов ν_i, w_i,

пересчитаны в значения пеленгов источников излучения.In the graphs of FIG. 5 and 6, the dotted line shows the positions of the radiation sources when one of them was at an angle θ_one= 50 ° relative to the normal to ΑΑΡ, and the second - sequentially moved relative to the first. The values of phase incursions in the arguments of the weighting coefficients ν_i, w_i,

converted to the values of bearings of radiation sources.

Из полученных результатов следует, что заявляемая многолучевая адаптивная антенная решетка обеспечивает меньшее значение величины ошибки в оценке пеленга на источник излучения по сравнению с прототипом, что обусловливает ее более высокую помехоустойчивость и достижение требуемого технического результата.From the results it follows that the inventive multi-beam adaptive antenna array provides a smaller value of the error in evaluating the bearing to the radiation source compared to the prototype, which leads to its higher noise immunity and the achievement of the required technical result.

Claims

1. A multipath adaptive antenna array containing N receiving elements and a beam-forming unit, the group of inputs of which is connected to the outputs of N receiving elements through their corresponding analog-to-digital converters, as well as a digital calculator of the vector of weighting coefficients of spatial differentiation, the group of inputs of which is connected to the outputs of the analog- digital converters, and the output of the digital computer of the vector of weights of spatial differentiation is connected to the input of the diagram a generating unit, the output of which is connected to the input of the digital calculator of the vector of weights of spatial differentiation, characterized in that a digital computer of the vector of weights of the spatial accumulation is introduced, the group of inputs of which is combined with the group of inputs of the digital computer of the vector of weights of spatial differentiation, and the output is connected to the second input diagram-forming unit, the output of which is connected to the input of the digital computer of the vector of weight coefficients spatial accumulation factors.

2. The device according to claim 1, characterized in that the beam-forming block contains M (M = N-1) series-connected lines of spatial signal processing, the group of inputs of the first of which is a group of inputs of the beam-forming block, and the output of the latter is the group of outputs of the beam-forming block, moreover, the first and second inputs of the lines of spatial signal processing are, respectively, the first and second input of the beam-forming unit.

3. The device according to p. 2, characterized in that the spatial signal processing line contains M series-connected spatial differentiation cascades with preliminary spatial accumulation, each of which is made in the form of spatial storage blocks, the inputs of which are the first input of the spatial signal processing line, complex blocks weighing signals, the first inputs of which are the second input of the spatial signal processing line, and the second input of each of which x is connected to the output of the corresponding j-th block of spatial accumulation, as well as a block of complex subtraction of signals, the first input of which is connected to the output of the corresponding (j-1) -th block of spatial accumulation, the second input is connected to the output of the j-th block of complex weighing signals, and the output is the output of the cascade of spatial differentiation with preliminary spatial accumulation.

4. The device according to claim 3, characterized in that the spatial storage unit contains an L-input adder, (L-1) blocks of complex signal weighting and (L-2) blocks of complex multiplication, the first input of the L-input adder and the first inputs (L-1) blocks of complex signal weighting are the first input of the spatial accumulation block, the outputs of the blocks of complex signal weighing are connected to the inputs of the L-input adder, the first inputs of the blocks of complex multiplication are the second input of the spatial accumulated block ii, the second inputs of the i-blocks of complex multiplication are connected to the second inputs of the i-blocks of complex signal weighting, and the output of the L-input adder is the output of the spatial accumulation block.