RU2609792C1 - Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference - Google Patents

Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference Download PDF

Info

Publication number
RU2609792C1
RU2609792C1 RU2015148141A RU2015148141A RU2609792C1 RU 2609792 C1 RU2609792 C1 RU 2609792C1 RU 2015148141 A RU2015148141 A RU 2015148141A RU 2015148141 A RU2015148141 A RU 2015148141A RU 2609792 C1 RU2609792 C1 RU 2609792C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
interference
modules
signal
complex
Prior art date
Application number
RU2015148141A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Мищенко
Сергей Евгеньевич Мищенко
Виталий Валентинович Шацкий
Николай Витальевич Шацкий
Original Assignee
Евгений Николаевич Мищенко
Сергей Евгеньевич Мищенко
Виталий Валентинович Шацкий
Николай Витальевич Шацкий
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 Евгений Николаевич Мищенко, Сергей Евгеньевич Мищенко, Виталий Валентинович Шацкий, Николай Витальевич Шацкий filed Critical Евгений Николаевич Мищенко
Priority to RU2015148141A priority Critical patent/RU2609792C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2609792C1 publication Critical patent/RU2609792C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture

Abstract

FIELD: communication.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and communication. Feature of disclosed method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference is that signals corresponding to branched part of power converted into M signals, in which there is no component of useful signal, is based on information on directivity modules such change of M converted signals into Ma interfering signals so, that complex amplitudes of components of noise in them approach complex amplitudes of interference in output signals of corresponding modules, while using obtained Ma signals of covariance matrix of noise and size of Ma×Ma, finding optimum for modular adaptive antenna array based on criterion of maximum signal-to-(interference + noise) vector complex weight coefficients, signals, corresponding to part of power summed in Ma modules with specified complex weight coefficients.
EFFECT: high efficiency of suppressing interference, correlated with useful signal.
1 cl, 6 dwg

Description

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

Известны схемы адаптивных антенных решеток, реализующих алгоритм максимизации выходного отношения мощности полезного сигнала к сумме мощностей помех и шума [1 - Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. М.: Радио и связь, 1986, с. 80-86, 179-240]. Для работы адаптивной антенной решетки такого типа используется априорная информация о направлении прихода полезного сигнала. Поэтому адаптивные антенные решетки такой конструкции неприменимы в радиотехнических системах, где подобная информация отсутствует.Known circuits for adaptive antenna arrays that implement the algorithm for maximizing the output ratio of the useful signal power to the sum of the interference and noise powers [1 - Monzingo RA, Miller T.U. Adaptive antenna arrays. Introduction to the theory. M .: Radio and communication, 1986, p. 80-86, 179-240]. For the operation of an adaptive antenna array of this type, a priori information about the direction of arrival of the useful signal is used. Therefore, adaptive antenna arrays of this design are not applicable in radio systems where such information is not available.

В [2 - ТИИЭР, 1967, т. 55, №12, с. 78-95] приводится схема адаптивной антенной решетки, реализующей алгоритм минимизации среднеквадратического отклонения принимаемого сигнала от эталонного. Для работы алгоритма в устройстве необходимо формировать эталонный сигнал. Это возможно при наличии априорной информации о полезном сигнале. А поскольку такая информация никогда не является полной, то эталонный сигнал может значительно отличаться от полезного, что вызывает существенное снижение помехоустойчивости адаптивной антенной решетки.In [2 - TIIER, 1967, v. 55, No. 12, p. 78-95] is a diagram of an adaptive antenna array that implements an algorithm to minimize the standard deviation of the received signal from the reference. For the algorithm to work in the device, it is necessary to form a reference signal. This is possible if there is a priori information about the useful signal. And since such information is never complete, the reference signal can significantly differ from the useful one, which causes a significant decrease in the noise immunity of the adaptive antenna array.

Адаптивная антенная решетка, конструкция которой описана в [3 - IEEE Trans Antennas and Propag., vol. AP-26, 1978, №2, p. 228-235], реализует алгоритм минимизации выходной мощности и обладает сравнительно хорошими характеристиками по помехоустойчивости. Однако в том случае, когда помеха отсутствует или ее мощность меньше мощности полезного сигнала, то вследствие минимизации полной выходной мощности может произойти и подавление полезного сигнала.The adaptive antenna array, the construction of which is described in [3 - IEEE Trans Antennas and Propag., Vol. AP-26, 1978, No. 2, p. 228-235], implements an algorithm for minimizing output power and has relatively good noise immunity characteristics. However, in the case when there is no interference or its power is less than the power of the useful signal, the useful signal can be suppressed due to minimization of the total output power.

Известна адаптивная антенная решетка, описанная в [4 - авт. св. СССР №1548820, кл. H01Q 21/00, заявлено 13.10.87, опубликовано 07.03.90, бюл. №9]. Это устройство содержит N антенных элементов, соединенных через гибридные устройства и весовые умножители с соответствующими входами общего сумматора, первого умножителя и 2N адаптивных контуров, каждый из которых состоит из интегратора, коммутатора, усилителя, регулируемого инвертирующего усилителя, блока вычитания, второго умножителя и коррелятора, причем первый и второй входы коррелятора соединены соответственно с выходом гибридного устройства и выходом общего сумматора, а выход коррелятора соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого умножителя, а выход блока вычитания подключен к входам усилителя и регулируемого инвертирующего усилителя, выходы которых подключены к входам коммутатора, выход которого через интегратор соединен с вторым входом весового умножителя и с первым входом второго умножителя, а второй вход второго умножителя соединен с выходом первого умножителя, первый и второй входы которого объединены с выходом общего сумматора и вторым входом коррелятора, а также блок оценки мощности сигнала, блок оценки мощности помех, блок сравнения и блок управления, причем входы блоков оценки мощности сигнала и мощности помех подключены к выходу общего сумматора, а выходы подключены к входам блока сравнения, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, выход блока управления подключен к управляющим входам регулируемых инвертируемых усилителей, а выход соединен с выходом блока оценки мощности помех.Known adaptive antenna array described in [4 - ed. St. USSR No. 1548820, class H01Q 21/00, claimed 10.13.87, published 07.03.90, bull. No. 9]. This device contains N antenna elements connected through hybrid devices and weight multipliers with the corresponding inputs of the common adder, the first multiplier and 2N adaptive circuits, each of which consists of an integrator, a switch, an amplifier, a variable inverting amplifier, a subtraction unit, a second multiplier and a correlator, moreover, the first and second inputs of the correlator are connected respectively to the output of the hybrid device and the output of the common adder, and the output of the correlator is connected to the first input of the subtraction unit , the second input of which is connected to the output of the first multiplier, and the output of the subtraction unit is connected to the inputs of the amplifier and the adjustable inverting amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of the switch, the output of which is connected via the integrator to the second input of the weight multiplier and to the first input of the second multiplier, and the second input the second multiplier is connected to the output of the first multiplier, the first and second inputs of which are combined with the output of the common adder and the second input of the correlator, as well as a signal power estimator, an estimator m interferences, the comparison unit and the control unit, the inputs of the units for evaluating the signal power and the interference power are connected to the output of the common adder, and the outputs are connected to the inputs of the comparison unit, the output of which is connected to the control inputs of the switches, the output of the control unit is connected to the control inputs of adjustable inverted amplifiers and the output is connected to the output of the interference power estimation unit.

В зависимости от сигнально-помеховой обстановки устройство работает по методу минимизации или максимизации выходной мощности, что предотвращает подавление полезного сигнала и повышает помехоустойчивость решетки.Depending on the signal-noise environment, the device operates by minimizing or maximizing the output power, which prevents the suppression of the useful signal and increases the noise immunity of the grating.

Однако данная реализация адаптивной антенной решетки имеет ряд недостатков: повышение помехоустойчивости обеспечивается только по отношению к помеховым сигналам, полоса частот и мощность которых превышает полосу частот и мощность полезного сигнала; эффективность работы адаптивной антенной решетки существенно снижается в случае незначительного превышения мощности помехи над мощностью сигнала на входе антенных элементов; в случае, когда число степеней свободы решетки превышает количество воздействующих на ее вход помех и мощность сигнала меньше суммарной мощности помех, минимизация общей выходной мощности адаптивной антенной решетки ведет к подавлению не только помех, но и полезного сигнала, например, при воздействии на вход трехэлементной решетки полезного сигнала и одной помехи, адаптивная антенная решетка, минимизирующая выходную мощность, формирует два "нуля" диаграммы направленности: один в направлении прихода помехи, а второй - в направлении прихода сигнала.However, this implementation of an adaptive antenna array has several disadvantages: an increase in noise immunity is provided only with respect to interfering signals whose frequency band and power exceed the frequency band and useful signal power; the efficiency of the adaptive antenna array is significantly reduced if the interference power is slightly higher than the signal power at the input of the antenna elements; in the case when the number of degrees of freedom of the grating exceeds the number of interference acting on its input and the signal power is less than the total interference power, minimizing the total output power of the adaptive antenna array leads to the suppression of not only interference, but also a useful signal, for example, when a three-element array is exposed to the input useful signal and one interference, an adaptive antenna array that minimizes the output power forms two “zeros” of the radiation pattern: one in the direction of arrival of the interference, and the second in the direction of arrival yes signal.

Общим недостатком рассмотренных способов обработки сигналов в адаптивных антенных решетках является неспособность системы выделить помеху, которая сильно коррелирует с сигналом.A common drawback of the considered methods of processing signals in adaptive antenna arrays is the inability of the system to isolate interference, which is strongly correlated with the signal.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех является способ обработки входных сигналов в M - элементной адаптивной антенной решетке с М а адаптивными каналами (модулями), описанный в [5 - Габриэльян Д.Д., Звездина М.Ю., Звездина Ю.А., Сильницкий С.А. Квазиоптимальная обработка сигналов в адаптивных антенных решетках радиосвязи // Электромагнитные волны и электронные системы, 2009, №5, Т. 14, С. 52-55], взятый за прототип. Способ состоит в том, что принимаемые каждым M-ым каналом модульной адаптивной антенной решетки сигналы для заданного положения максимума диаграммы направленности, представляющие собой смесь полезного сигнала, помех и шума, разделяют по мощности на прошедшую и ответвленную части. Сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, суммируют в М а модулях, чтобы получить выходные сигналы М а модулей. Формируют с использованием сигналов, соответствующих ответвленной части мощности, две матрицы сигналов А и В размером М а ×М а . Первую матрицу формируют с использованием выходных сигналов модулей, в которых исключена составляющая сигналов, а вторую матрицу, при неизвестной помеховой обстановке, - с использованием амплитудно-фазовых распределений, обеспечивающих формирование изотропных диаграмм направленности модулей. На основе полученных матриц А и В формируют ковариационную матрицу помех С=В-1А(В-1)* и определяют комплексные весовые коэффициенты в виде вектор-строки J из M а элементов по формуле J=J0C-1, где J0 - исходный вектор, с которым суммируют сигналы модулей при отсутствии помех, суммируют выходные сигналы модулей с комплексными весовыми коэффициентами J, образуя выходной сигнал адаптивной антенной решетки.The closest in technical essence to the claimed method of processing signals in a modular adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference is the method of processing input signals in the M - element adaptive antenna array with M and adaptive channels (modules) described in [5 - D. Gabrielyan D., Zvezdina M.Yu., Zvezdina Yu.A., Silnitsky S.A. Quasi-optimal signal processing in adaptive radio antenna arrays // Electromagnetic waves and electronic systems, 2009, No. 5, T. 14, P. 52-55], taken as a prototype. The method consists in the fact that the signals received by each Mth channel of the modular adaptive antenna array for a given position of the maximum radiation pattern, which is a mixture of the useful signal, noise and noise, are divided by power into the transmitted and branched parts. The signals corresponding to the transmitted part of the power are summed in M a modules to obtain the output signals of M a modules. Is formed using the signals corresponding to the branched part of the power, the two signals A and B matrix size M × M as well. The first matrix is formed using the output signals of the modules in which the signal component is excluded, and the second matrix, with an unknown interference environment, is formed using amplitude-phase distributions providing the formation of isotropic radiation patterns of the modules. Based on the obtained matrices A and B, a covariance interference matrix C = B -1 A (B -1 ) * is formed and complex weighting coefficients are determined in the form of a row vector J from M and elements according to the formula J = J 0 C -1 , where J 0 is the initial vector with which the signals of the modules are summed in the absence of interference, the output signals of the modules with complex weighting factors J are summed, forming the output signal of the adaptive antenna array.

Данный способ-прототип позволяет исключить из ковариационной матрицы составляющую сигнала и осуществить подавление помех, подобных по спектру сигналу. Однако преобразования матриц А и В искажают информацию о распределении амплитуд и фаз помеховых сигналов в пространстве, особенно в том случае, когда диаграмма направленности любого модуля с нулем в направлении на сигнал содержит дополнительные нули. Эта ситуация возникает при включении в состав модуля более двух антенных элементов. В результате часть помех может быть пропущена при решении задачи адаптации, а весовые коэффициенты J являются квазиоптимальными.This prototype method allows to exclude the signal component from the covariance matrix and suppress noise similar to the signal spectrum. However, the transformations of the matrices A and B distort the information about the distribution of amplitudes and phases of the interfering signals in space, especially in the case when the radiation pattern of any module with zero in the direction to the signal contains additional zeros. This situation arises when more than two antenna elements are included in the module. As a result, part of the interference can be skipped when solving the adaptation problem, and the weighting coefficients J are quasi-optimal.

Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является повышение эффективности подавления помех, коррелированных с полезным сигналом, в модульной адаптивной антенной решетке.The problem to be solved by the alleged invention is aimed at increasing the efficiency of suppressing interference correlated with a useful signal in a modular adaptive antenna array.

Для решения указанной задачи предлагается способ обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех, состоящий в том, что для каждого положения максимума диаграммы направленности принимаемые каждым M-ым каналом сигналы разделяют по мощности на прошедшую и ответвленную части, сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, суммируют в М а модулях, формируют ковариационную матрицу помех, определяют по критерию максимума отношения сигнал/(помеха + шум) вектор комплексных весовых коэффициентов, с которым суммируют выходные сигналы модулей, образуя выходной сигнал адаптивной антенной решетки. В соответствии с изобретением сигналы, соответствующие ответвленной части мощности, преобразуют в M сигналов, в которых исключена составляющая полезного сигнала, выполняют с учетом информации о диаграммах направленности модулей такое изменение M преобразованных сигналов в М а помеховых сигналов, чтобы комплексные амплитуды составляющих помех в них приближались к комплексным амплитудам помех в выходных сигналах соответствующих модулей, а с помощью полученных М а помеховых сигналов формируют ковариационную матрицу помех А размером М а ×М а и находят оптимальный для модульной адаптивной антенной решетки по критерию максимума отношения сигнал/(помеха + шум) вектор комплексных весовых коэффициентов, сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, суммируют в М а модулях с заданными комплексными весовыми коэффициентами.To solve this problem, a method for processing signals in a modular adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference is proposed, which consists in the fact that for each position of the maximum radiation pattern received by each Mth channel, the signals are divided by power into the transmitted and branched parts, the signals corresponding to last part of the power in the M summed and modules form interference covariance matrix is determined by the criterion of maximum signal / (noise + interference) vector of complex weighting coefficients factors with which the output signals of the modules are summed, forming the output signal of the adaptive antenna array. In accordance with the invention, the signals corresponding to the branched part of the power are converted into M signals in which the useful signal component is excluded, taking into account information about the radiation patterns of the modules, such a change in the M converted signals in M a of the interference signals is made so that the complex amplitudes of the interference components approach them to complex interference amplitudes in the output signals of the respective modules, and using the obtained M a interference signals form a covariance interference matrix A of size M a × a and M are optimal for adaptive array antenna module according to the criterion of maximum signal / (noise + interference) vector of complex weights, signals corresponding to the last part of the power in the M summed and integrated modules with predetermined weighting coefficients.

Сравнительный анализ заявленного способа и способа-прототипа показывает, что заявленный способ отличается тем, что изменена совокупность действий, а именно: введены два действия:A comparative analysis of the claimed method and the prototype method shows that the claimed method differs in that the set of actions is changed, namely: two actions are introduced:

- преобразуют сигналы, соответствующие ответвленной части мощности входных сигналов, в M сигналов, в которых исключена составляющая полезного сигнала;- convert the signals corresponding to the branch part of the power of the input signals into M signals in which the component of the useful signal is excluded;

- выполняют с учетом информации о диаграммах направленности модулей такое изменение M преобразованных сигналов в М а помеховых сигналов, чтобы комплексные амплитуды составляющих помех в них приближались к комплексным амплитудам помех в выходных сигналах соответствующих модулей;- taking into account the information about the radiation patterns of the modules, such a change of M converted signals into M a of interference signals is made so that the complex amplitudes of the interference components in them approach the complex amplitudes of the interference in the output signals of the corresponding modules;

и изменены режимы действий, связанные с:and the action modes associated with:

- получением сигналов на входах М а модулей: суммируют сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, в М а модулях с заданными комплексными весовыми коэффициентами;- receiving signals at the inputs of M a modules: sum the signals corresponding to the transmitted part of the power in M a modules with given complex weighting factors;

- формированием ковариационной матрицы помех: формируют ковариационную матрицу помех А размером М а ×М а с помощью полученных М а помеховых сигналов;- the formation of a covariance interference matrix: form a covariance interference matrix A of size M a × M a using the received M a interference signals;

- нахождением вектора комплексных весовых коэффициентов: находят оптимальный для модульной адаптивной антенной решетки по критерию максимума отношения сигнал/(помеха + шум) вектор комплексных весовых коэффициентов.- finding the vector of complex weighting coefficients: find the optimal vector for complex weighting coefficients for the modular adaptive antenna array using the criterion for the maximum signal / (noise + noise) ratio.

Введение двух действий и изменение режима трех действий позволяет по сравнению со способом-прототипом обеспечить технический результат, заключающийся в повышении эффективности подавления помех, коррелированных с полезным сигналом.The introduction of two actions and the change in the mode of three actions allows, in comparison with the prototype method, to provide a technical result consisting in increasing the efficiency of suppressing interference correlated with a useful signal.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого способа обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех из литературы неизвестны, а также не известны источники информации, содержащие сведения об аналогичных технических решениях, имеющих признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, а также свойства, совпадающие со свойствами заявляемого решения, поэтому можно считать, что оно обладает существенными отличиями, вытекает из них неочевидным образом и, следовательно, соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».The combination of distinctive features and properties of the proposed method for processing signals in a modular adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference from the literature are unknown, and information sources containing information about similar technical solutions having features similar to those distinguishing the claimed solution from the prototype are not known , as well as properties that match the properties of the proposed solution, therefore, we can assume that it has significant differences, it follows from them that are not obvious way and, therefore, meets the criteria of patentability "novelty" and "inventive step".

Сущность предлагаемого способа раскрывается фигурами 1-6.The essence of the proposed method is disclosed by figures 1-6.

На фигуре 1 приведена структурная схема модульной адаптивной антенной решетки, реализующей предложенный способ обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех.The figure 1 shows the structural diagram of a modular adaptive antenna array that implements the proposed method of processing signals in a modular adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference.

На фигуре 2 показана диаграмма направленности модуля (адаптивного канала), включающего 4 антенных элемента. На фигуре 3 представлена угловая зависимость, характеризующая чувствительность модульной адаптивной антенной решетки к помехам.The figure 2 shows the radiation pattern of the module (adaptive channel), including 4 antenna elements. The figure 3 presents the angular dependence characterizing the sensitivity of the modular adaptive antenna array to interference.

На фигуре 4 представлена диаграмма направленности модульной адаптивной антенной решетки до (пунктирная кривая) и после адаптации (сплошная кривая).The figure 4 presents the radiation pattern of a modular adaptive antenna array before (dashed curve) and after adaptation (solid curve).

На фигурах 5, 6 приведены распределения соответственно амплитуд и фаз комплексных весовых коэффициентов в каналах модульной адаптивной антенной решетки, соединенные для наглядности ломанными линиями.Figures 5, 6 show the distributions of the amplitudes and phases of the complex weighting coefficients, respectively, in the channels of the modular adaptive antenna array, connected for clarity by broken lines.

При реализации предлагаемого способа обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех выполняется следующая последовательность операций:When implementing the proposed method for processing signals in a modular adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference, the following sequence of operations is performed:

- принимаемые каждым M-ным каналом модульной адаптивной антенной решетки сигналы для заданного положения максимума диаграммы направленности, представляющие собой смесь полезного сигнала, помех и шума, разделяют по мощности на прошедшую и ответвленную части - 1;- the signals received by each M-th channel of a modular adaptive antenna array for a given position of the maximum radiation pattern, which are a mixture of the useful signal, noise and noise, are divided by power into the transmitted and branch parts - 1;

- сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, суммируют в М а модулях с заданными комплексными весовыми коэффициентами в каналах антенных элементов, чтобы получить выходные сигналы модулей - 2;- signals corresponding to the last part of the power in the M summed and modules with predetermined complex weighting factors in the channels of antenna elements to receive the outputs of module - 2;

- сигналы, соответствующие ответвленной части мощности, преобразуют в M сигналов, в которых исключена составляющая полезного сигнала - 3;- the signals corresponding to the branch part of the power are converted into M signals, in which the component of the useful signal is excluded - 3;

- выполняют с учетом информации о диаграммах направленности модулей такое изменение M преобразованных сигналов в М а помеховых сигналов, чтобы комплексные амплитуды составляющих помех в них приближались к комплексным амплитудам помех в выходных сигналах соответствующих модулей - 4;- taking into account the information about the radiation patterns of the modules, such a change M of the converted signals into M a of interference signals so that the complex amplitudes of the noise components in them approach the complex amplitudes of the interference in the output signals of the corresponding modules - 4;

- формируют с помощью полученных М а помеховых сигналов ковариационную матрицу помех А размером М а ×М а - 5;- using the obtained M a interference signals, form a covariance interference matrix A of size M a × M a - 5;

- находят оптимальный для модульной адаптивной антенной решетки по критерию максимума отношения сигнал/(помеха + шум) вектор комплексных весовых коэффициентов - 6;- find the optimal for a modular adaptive antenna array by the criterion of the maximum signal / signal (interference + noise) vector of complex weighting factors - 6;

- суммируют выходные сигналы М а модулей с найденным оптимальным для модульной адаптивной антенной решетки по критерию максимума отношения сигнал/(помеха + шум) вектором комплексных весовых коэффициентов, образуя выходной сигнал модульной адаптивной антенной решетки - 7.- summing the output signals from the modules M and the found optimal for adaptive array antenna module according to the criterion of maximum signal / (noise + interference) vector of complex weights, forming the modular output adaptive antenna array - 7.

В состав модульной адаптивной антенной решетки (ΑΑΡ) (фиг. 1) входят антенные элементы 1, фазовращатели 2, первые блоки комплексного взвешивания сигналов 3, сумматоры модулей 4, вторые блоки комплексного взвешивания сигналов 5, устройство временной обработки сигналов 6, блок хранения наборов комплексных весовых коэффициентов 7, блок формирования комплексных весовых функций 8, блок аппроксимации диаграмм направленности (ДН) модулей в области боковых лепестков 9, блок формирования ковариационной матрицы помех 10, блок формирования комплексных весовых коэффициентов 11, устройство управления 12 и блок хранения диаграмм направленности модулей 13.The structure of the modular adaptive antenna array (ΑΑΡ) (Fig. 1) includes antenna elements 1, phase shifters 2, the first blocks of the complex signal weighting 3, the adders of the modules 4, the second blocks of the complex signal weighting 5, the signal processing device 6, the storage unit of the sets of complex weighting coefficients 7, unit for generating complex weighting functions 8, unit for approximating radiation patterns (MD) of modules in the side lobe region 9, unit for generating covariance interference matrix 10, unit for generating complex cial coefficients 11, the control unit 12 and storage unit patterns 13 modules.

M антенных элементов 1 соединены через M фазовращателей 2 со входами первых блоков комплексного взвешивания сигналов 3, выходы которых соответствующим образом подключены ко входам М а сумматоров модулей 4. Выходы сумматоров модулей 4 через вторые блоки комплексного взвешивания сигналов 5 подключены ко входам устройства временной обработки сигналов 6. Блок хранения наборов комплексных весовых коэффициентов 7 посредством информационных выходов подключен к первым информационным входам блока формирования комплексных весовых функций 8, вторые информационные входы которого соединены с соответствующими каналами модульной ΑΑΡ (после фазовращателей 2). Информационные выходы блока формирования комплексных весовых функций 8 электрически связаны с первыми информационными входами блока аппроксимации ДН модулей в области боковых лепестков 9. Информационные выходы блока аппроксимации ДН модулей в области боковых лепестков 9 подключены к информационным входам блока формирования ковариационной матрицы помех 10. Информационные выходы блока формирования ковариационной матрицы помех 10 электрически связаны с информационными входами блока формирования комплексных весовых коэффициентов 11. Выходы блока формирования комплексных весовых коэффициентов 11 подключены к управляющим входам вторых блоков комплексного взвешивания сигналов 5. На управляющие входы фазовращателей 2 и первых блоков комплексного взвешивания сигналов 3 информация поступает соответственно с первых и вторых информационных выходов устройства управления 12. Управление блоком хранения наборов комплексных весовых коэффициентов 7 производится сигналами управления, поступающими с третьих выходов устройства управления 12. Информационные выходы блока хранения ДН модулей 13 подключены ко вторым информационным входам блока аппроксимации ДН модулей в области боковых лепестков 9, а его управляющие входы соединены с четвертыми выходами устройства управления 12. Синхронизация работы устройств и блоков модульной ААР может производиться устройством управления 12. Цепи синхронизации на фиг. 1 не показаны.M antenna elements 1 are connected through M phase shifters 2 to the inputs of the first blocks of the complex signal weighting 3, the outputs of which are connected appropriately to the inputs of M a of the adders of the modules 4. The outputs of the adders of the modules 4 through the second blocks of the complex signal weighting 5 are connected to the inputs of the temporary signal processing device 6 The storage unit for sets of complex weighting coefficients 7 is connected via information outputs to the first information inputs of the complex weighting functions forming unit 8, second its information inputs are connected to the corresponding channels of the modular ΑΑΡ (after phase shifters 2). The information outputs of the complex weighting function forming unit 8 are electrically connected to the first information inputs of the approximation unit of the modules DN in the side lobe region 9. The information outputs of the approximating block of the modules DN in the side lobe region 9 are connected to the information inputs of the covariance interference matrix forming unit 10. Information outputs of the forming unit the covariance interference matrix 10 is electrically connected to the information inputs of the complex weighting unit forming unit 11. You The odes of the integrated weighting unit 11 are connected to the control inputs of the second integrated signal weighting units 5. The control inputs of the phase shifters 2 and the first integrated signal weighting units 3 receive information from the first and second information outputs of the control unit 12. Management of the storage unit for the sets of integrated weighting factors 7 is produced by control signals coming from the third outputs of the control device 12. Information outputs of the DN storage unit modules 13 are connected to the second information inputs of the approximation block of the DN of the modules in the region of the side lobes 9, and its control inputs are connected to the fourth outputs of the control device 12. Synchronization of the operation of the devices and blocks of the modular AAP can be performed by the control device 12. The synchronization circuits in FIG. 1 are not shown.

Прежде чем рассмотреть функционирование модульной адаптивной антенной решетки, реализующей предложенный способ обработки сигналов, для его обоснования изложим следующее.Before considering the functioning of a modular adaptive antenna array that implements the proposed method of signal processing, to substantiate it, we state the following.

Пусть имеется М - элементная ААР, в которой приемные каналы объединены в М а управляемых модулей по Мс каналов в каждом. Пусть ДН каждого антенного канала описывается комплексной функцией

Figure 00000001
. На вход ААР с направления θ0 поступает сигнал, а в направлениях θj (j=1,2,…,J) расположены источники помех.Let there be M - elementary AAR, in which the receiving channels are combined in M and of the controlled modules of M with channels in each. Let the DN of each antenna channel be described by a complex function
Figure 00000001
. A signal is input to the AAP input from the direction θ 0 , and interference sources are located in the directions θ j (j = 1,2, ..., J).

Предположим, что в течение интервала времени t=[t0,t0+T] комплексные огибающие сигнала, помех и шума описываются функциями y(t), xj(t) и n(t) соответственно.Suppose that during the time interval t = [t 0 , t 0 + T] the complex envelopes of the signal, noise, and noise are described by the functions y (t), x j (t), and n (t), respectively.

В результате на выходе m-го антенного элемента ААР формируется исходная смесь сигналов, помех и шума, которая описывается выражением вида:As a result, at the output of the m-th antenna element AAR, an initial mixture of signals, noise and noise is formed, which is described by an expression of the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

Пусть сигналы с выходов антенных элементов суммируются в ААР с весами, соответствующими комплексным весовым коэффициентам (КВК) вектора-строки j=(j1,j2…,jМ). Тогда комплексная огибающая сигнала на выходе ААР представляет собой сумму функций (1):Let the signals from the outputs of the antenna elements are summed in the AAR with the weights corresponding to the complex weighting coefficients (CEC) of the row vector j = (j 1 , j 2 ..., j M ). Then the complex envelope of the signal at the output of the AAR is the sum of the functions (1):

Figure 00000003
Figure 00000003

Введем прямоугольную матрицу J, число строк которой равно числу М а управляемых модулей ААР, а в каждой i-ой строке от нуля отличны только Мс коэффициентов, комплексные значения которых соответствуют комплексным весовым коэффициентам i-го модуля. Тогда на выходах модулей формируется вектор сигналов:We introduce a rectangular matrix J, which is equal to the number of rows M and the number of modules controlled AAP, and in each i-th row are non-zero coefficients with only M, integrated values of which correspond to complex weighting coefficients i-th module. Then at the outputs of the modules a vector of signals is formed:

Figure 00000004
Figure 00000004

С учетом введенных обозначений выходной сигнал ААР определяется суммой выходных сигналов модулей (3), т.е.:Given the designations introduced, the output signal AAP is determined by the sum of the output signals of the modules (3), i.e.:

Figure 00000005
Figure 00000005

где w - вектор комплексных весовых коэффициентов (КВК) модулей ААР.where w is the vector of complex weighting coefficients (CVC) of the AAP modules.

Необходимо найти такой вектор КВК

Figure 00000006
, который обеспечивает максимальное значение отношения сигнал/(помеха + шум) (ОСПШ) на выходе ААР при условии, что комплексная огибающая сигнала коррелирована с комплексной огибающей помех.It is necessary to find such a vector
Figure 00000006
which provides the maximum value of the signal / (interference + noise) (SINR) ratio at the AAR output, provided that the complex envelope of the signal is correlated with the complex envelope of interference.

Средняя мощность сигнала, принимаемого ААР в течение рассматриваемого интервала времени, определяется выражением:The average power of the signal received by the AAR during the considered time interval is determined by the expression:

Figure 00000007
Figure 00000007

Здесь и в дальнейшем символ «*» применительно к скалярной величине означает комплексное сопряжение, а к векторной - эрмитово сопряжение; «-» - знак статистического усреднения в течение заданного времени.Hereinafter, the symbol “*” as applied to the scalar quantity means complex conjugation, and to the vector - Hermitian conjugation; “-” - sign of statistical averaging over a given time.

Тогда средняя выходная мощность принимаемого сигнала ААР за рассматриваемый временной интервал описывается функцией вида:Then the average output power of the received AAR signal for the considered time interval is described by a function of the form:

Figure 00000008
Figure 00000008

Остановимся на процедуре статистического усреднения более подробно. Представим величину

Figure 00000009
в виде:Let us dwell on the statistical averaging procedure in more detail. Imagine the value
Figure 00000009
as:

Figure 00000010
Figure 00000010

В соответствии со статистической теорией антенн [6 - Проблемы антенной техники / Под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1989. - 368 с.] шумы отдельных каналов можно полагать статистически независимыми друг от друга и от внешних сигналов. Это позволяет упростить выражение (7) и записать его в виде:In accordance with the statistical theory of antennas [6 - Problems of antenna technology / Ed. L.D. Bahraha D.I. Voskresensky. M .: Radio and communication, 1989. - 368 p.] The noise of individual channels can be considered statistically independent of each other and from external signals. This allows us to simplify the expression (7) and write it in the form:

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
- дисперсия внутренних шумов в антенном элементе ААР.Where
Figure 00000012
- the dispersion of internal noise in the antenna element AAP.

При отсутствии помех в выражении (8) можно опустить все слагаемые, которые связаны с комплексными огибающими xi(t). В результате выражение (6) в этой ситуации примет вид:In the absence of interference in expression (8), we can omit all terms that are associated with the complex envelopes x i (t). As a result, expression (6) in this situation takes the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Здесь матрица

Figure 00000014
- единичная матрица, а δk,l - символы Кронекера.Here is the matrix
Figure 00000014
is the identity matrix, and δ k, l are Kronecker symbols.

В теории адаптации обычно полагают, что сигнал и помехи являются статистически независимыми. В этом случае из выражения (8) исключаются слагаемые, содержащие перекрестные произведения сигнала и помех, а выражение (9) записывается в виде:Adaptation theory generally assumes that signal and interference are statistically independent. In this case, terms containing the cross products of the signal and interference are excluded from expression (8), and expression (9) is written as:

Figure 00000015
Figure 00000015

где

Figure 00000016
ковариационная матрица помех.Where
Figure 00000016
covariance interference matrix.

Из выражения (10) следует, что величина ОСПШ может быть представлена в виде отношения эрмитовых формFrom the expression (10) it follows that the SINR value can be represented as a ratio of Hermitian forms

Figure 00000017
Figure 00000017

В теории матриц имеются теоремы [7 - Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. 4-е изд. М: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988], в соответствии с которыми максимальная величина отношения эрмитовых форм достигается при условии, чтоIn the theory of matrices there are theorems [7 - Gantmakher F.R. Matrix theory. 4th ed. M: Science. Ch. ed. Phys.-Math. lit. 1988], in accordance with which the maximum ratio of Hermitian forms is achieved provided that

Figure 00000018
Figure 00000018

Однако, как следует из выражений (6) и (7), наличие в них слагаемых, отражающих ненулевую ковариацию сигнала и помехи, не позволяет в общем случае считать решение вида (12) оптимальным.However, as follows from expressions (6) and (7), the presence of terms in them reflecting nonzero covariance of the signal and interference does not allow in the general case to consider a solution of the form (12) optimal.

В связи с этим для решения сформулированной задачи о подавлении адаптивной ААР помех, коррелированных с сигналом, рассмотрим следующий метод.In this regard, to solve the formulated problem of suppressing adaptive AAR interference correlated with a signal, we consider the following method.

Сформируем сначала М наборов КВК по формуле:First, we form M sets of KVK according to the formula:

Figure 00000019
Figure 00000019

В выражении (13) матрица амплитуд W выбирается случайным образом с помощью датчика случайных чисел, распределенных равномерно в интервале от 0 до 1. Значения вектора θm задаются случайным образом в области наиболее вероятного появления помех (в области боковых лепестков Ω) таким образом, чтобы θm не попадало в область главного луча ААР.In expression (13), the amplitude matrix W is randomly selected using a random number generator distributed uniformly in the interval from 0 to 1. The values of the vector θ m are set randomly in the region of the most likely occurrence of interference (in the region of the side lobes Ω) so that θ m did not fall into the region of the main beam of the AAP.

Полученные распределения позволяют сформировать М комплексных весовых функцийThe obtained distributions make it possible to form M complex weight functions

Figure 00000020
Figure 00000020

Выражение (13) представляет собой формулу для матричного синтеза «нуля» ДН [8 - Зелкин В.Г., Соколов Е.Г. Методы синтеза антенн: Фазированные антенные решетки и антенны с непрерывным раскрывом. - М.: Сов. Радио. 1980. 296 с.], поэтому все функции

Figure 00000021
имеют «нуль» ДН в направлении θ0 и максимумы в направлениях θm.Expression (13) is a formula for the matrix synthesis of “zero” DNs [8 - Zelkin V.G., Sokolov E.G. Antenna synthesis methods: Phased array antennas and antennas with continuous opening. - M .: Owls. Radio. 1980. 296 p.], Therefore, all functions
Figure 00000021
have “zero” MD in the direction θ 0 and maxima in the directions θ m .

Считаем, что ДН модулей ААР описываются выражениями вида:We believe that the AAM modules are described by expressions of the form:

Figure 00000022
Figure 00000022

Аппроксимируем ДН модулей в области боковых лепестков с помощью весовых функций

Figure 00000021
, решив задачу минимизации среднеквадратического отклонения для каждого модуля:We approximate the module DNs in the side lobe region using weight functions
Figure 00000021
by solving the problem of minimizing the standard deviation for each module:

Figure 00000023
Figure 00000023

Известно [9 - Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем (теория и методы расчета). - М.: Сов. радио, 1974], что решение задачи (16) может быть получено методом наименьших квадратов в виде:It is known [9 - Bahrakh L.D., Kremenetsky S.D. Synthesis of emitting systems (theory and calculation methods). - M .: Owls. Radio, 1974] that the solution to problem (16) can be obtained by the least squares method in the form:

Figure 00000024
Figure 00000024

гдеWhere

Figure 00000025
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

Отсюда следует, что выражение (17) можно представить в векторной форме в виде:It follows that expression (17) can be represented in vector form as:

Figure 00000027
Figure 00000027

Интерес представляет случай, когда матрица С является диагональной. В этом случае с точностью до постоянного множителя выражение (20) можно представить в виде:Of interest is the case when the matrix C is diagonal. In this case, up to a constant factor, expression (20) can be represented as:

Figure 00000028
Figure 00000028

Выражение (21) будет точным, если каналы ААР размещены с шагом 0,5λ, а область боковых лепестков Ω приближается к всей области видимых углов. При этом матрицу С можно представить в виде:Expression (21) will be accurate if the AAP channels are placed with a step of 0.5λ, and the region of the side lobes Ω approaches the entire region of visible angles. In this case, the matrix C can be represented as:

Figure 00000029
Figure 00000029

Следует обратить внимание на то, что расширение области боковых лепестков, т.е. сужение главного луча, имеет место в случае увеличения числа антенных элементов. Это означает, что выражение (21) является справедливым для многоэлементных антенных решеток.It should be noted that the expansion of the side lobe region, i.e. narrowing of the main beam takes place in the case of an increase in the number of antenna elements. This means that expression (21) is valid for multi-element antenna arrays.

Если решение задачи аппроксимации достаточно точно, то для произвольных источников помех ковариационная матрица помех, определяемая с помощью М а адаптивных каналов (модулей), будет приближаться к ковариационной матрице помех В исходной решетки. В результате решение задачи подавления помех можно будет искать по формуле (12).If the solution to the approximation problem is sufficiently accurate, then for arbitrary sources of interference, the covariance matrix of interference, determined using M a adaptive channels (modules), will approach the covariance matrix of interference B of the original lattice. As a result, the solution to the problem of suppressing interference can be sought by formula (12).

Рассмотрим функционирование модульной адаптивной антенной решетки.Consider the operation of a modular adaptive antenna array.

Для каждого положения максимума ДН принятые антенными элементами 1 сигналы, представляющие собой смесь полезного сигнала, помеховых сигналов и собственных шумов каналов ΑΑΡ, поступают на фазовращатели 2. В соответствии с информацией о направлении главного максимума ДН, поступающей с первого информационного входа устройства управления 12 на управляющие входы фазовращатели 2, фазовращатели 2 перестраиваются, и главный максимум ДН ориентируется в направлении на полезный сигнал. Сигналы на выходах фазовращателей разделяются по мощности на прошедшую и ответвленную части. Сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, поступают на первые блоки комплексного взвешивания сигналов 3, а сигналы, соответствующие ответвленной части мощности, - на вторые входы блока формирования комплексных весовых функций 8. В первых блоках комплексного взвешивания сигналов 3 с использованием заданных КВК, соответствующих требуемой форме ДН, хранящихся в устройстве управления 12 и поступающих с его вторых информационных выходов, входные сигналы взвешиваются. Взвешенные сигналы поступают на входы сумматоров модулей 3, где алгебраически складываются, образуя выходные сигналы модулей.For each position of the maximum of the DN, the signals received by the antenna elements 1, which are a mixture of the useful signal, interfering signals, and channel noise поступ, are fed to the phase shifters 2. In accordance with the information about the direction of the main maximum of the DN coming from the first information input of the control device 12 to the control the inputs of phase shifters 2, phase shifters 2 are tuned, and the main maximum of the beam is oriented in the direction of the useful signal. The signals at the outputs of the phase shifters are divided by power into the transmitted and branched parts. The signals corresponding to the transmitted part of the power are supplied to the first blocks of the complex weighting of signals 3, and the signals corresponding to the branch part of the power are sent to the second inputs of the block for the formation of complex weight functions 8. In the first blocks of the complex weighting of signals 3 using specified KVK corresponding to the required shape DNs stored in the control device 12 and coming from its second information outputs, the input signals are weighted. Weighted signals are fed to the inputs of the adders of the modules 3, where they are added algebraically, forming the output signals of the modules.

На первые входы блока формирования комплексных весовых функций 8 из блока хранения наборов комплексных весовых коэффициентов 7 выбираются КВК, соответствующие выбранному направлению максимума ДН, в котором для полезного сигнала в каждом из модулей сформирован нуль. В блоке формирования комплексных весовых функций 8 происходит преобразование поступивших сигналов в M сигналов, в которых исключена составляющая полезного сигнала. В блоке аппроксимации ДН модулей в области боковых лепестков 9 на основе информации, извлекаемой из блока хранения ДН модулей 13 и поступающей на вторые информационные входы блока аппроксимации ДН модулей в области боковых лепестков 9, и сигналов, соответствующих M сигналам с исключенной составляющей полезного сигнала и поступающих на первые информационные входы блока аппроксимации ДН модулей в области боковых лепестков 9, производится преобразование M сигналов в М а помеховых сигналов (по числу модулей) таким образом, чтобы комплексные амплитуды составляющих помех в них приближались к комплексным амплитудам помех в выходных сигналах соответствующих модулей. В блоке формирования ковариационной матрицы помех 10 с помощью полученных М а помеховых сигналов формируется ковариационная матрица помех А размером М а ×М а . На основе сигналов, соответствующих элементам ковариационной матрицы помех А размером М а ×М а , поступающих с ее выходов, в блоке формирования комплексных весовых коэффициентов 11 определяется оптимальный для модульной ΑΑΡ по критерию максимума отношения сигнал/(помеха + шум) вектор весовых коэффициентов. Сигналы, соответствующие компонентам этого вектора, подаются на управляющие входы вторых блоков комплексного взвешивания сигналов 5. В устройстве временной обработки сигналов 6 выходные сигналы М а модулей суммируются с найденным оптимальным для модульной ΑΑΡ по критерию максимума отношения сигнал/(помеха + шум) вектором комплексных весовых коэффициентов, образуя выходной сигнал модульной ААР.At the first inputs of the complex weighting functions forming unit 8, the KVK corresponding to the selected direction of the maximum of the beam are selected from the storage unit of the sets of complex weighting coefficients 7, in which zero is generated for the useful signal in each of the modules. In the block for the formation of complex weighting functions 8, the incoming signals are converted into M signals, in which the component of the useful signal is excluded. In the approximation block of the DN modules in the region of the side lobes 9 based on the information extracted from the storage block of the DNs of the modules 13 and fed to the second information inputs of the approximation block of the DNs of the modules in the region of the side lobes 9 and signals corresponding to M signals with the excluded useful signal component and incoming to the first information inputs of the approximation block of the bottom of the modules in the region of the side lobes 9, M signals are converted into M and interference signals (by the number of modules) so that complex the plates of the component noise in them approached the complex amplitude of the interference in the output signals of the corresponding modules. In the block for generating the covariance interference matrix 10, using the received M a interference signals, a covariance interference matrix A of size M a × M a is formed . Based on the signals corresponding to the elements of the covariance interference matrix A of size M a × M a coming from its outputs, the block of complex weighting coefficients 11 determines the optimal weighting factor vector for the modular ΑΑΡ by the criterion of the maximum signal / signal (noise + noise) ratio. The signals corresponding to the components of the vector are supplied to the control inputs of the second blocks of complex weighting signals 5. The signal processing unit 6 interim output signals M and modules added to the found optimal for modular ΑΑΡ Browse maximum signal / (noise + interference) vector of complex weights coefficients, forming the output signal of the modular AAP.

Для подтверждения работоспособности и эффективности патентуемого способа обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех было проведено компьютерное моделирование. В качестве примера рассмотрим М=64 - элементную линейную антенную решетку с шагом между элементами d=0,5λ.To confirm the operability and effectiveness of the patented method of processing signals in a modular adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference, computer simulation was performed. As an example, consider M = 64, an elementary linear antenna array with a spacing d = 0.5λ between elements.

ДН антенного элемента описывается комплексной функциейThe bottom of the antenna element is described by a complex function

Figure 00000030
Figure 00000030

Помеховая обстановка задана с помощью трех источников помех, размещенных в направлениях θ1,2,3=(2,4°; 3,6°; 4,4°). Сигнал (полезный сигнал) приходит с направления θ0=0.The interference environment is set using three sources of interference located in the directions θ 1,2,3 = (2,4 °; 3,6 °; 4,4 °). The signal (useful signal) comes from the direction θ 0 = 0.

Выходы антенных элементов линейной антенной решетки объединены в модули по 4 антенных элемента в каждом, что позволяет получить 16 адаптивных каналов (модулей) с идентичными амплитудными ДН, показанными на фиг. 2.The outputs of the antenna elements of the linear antenna array are combined into modules of 4 antenna elements in each, which allows you to get 16 adaptive channels (modules) with identical amplitude amplitudes shown in FIG. 2.

На фиг. 3 представлена угловая зависимость функции

Figure 00000031
которая показывает, что после применения формулы (13) все комплексные весовые функции обеспечивают формирование глубокого нуля в направлении на источник сигнала. При этом в области боковых лепестков чувствительность ААР изменяется в диапазоне 37…47 дБ в пределах от -60° до 60°. При формировании функций
Figure 00000032
используются все элементы ААР без группировки по модулям, что позволяет избежать появления дополнительных нулей ДН.In FIG. 3 shows the angular dependence of the function
Figure 00000031
which shows that after applying formula (13), all complex weight functions provide the formation of a deep zero in the direction of the signal source. Moreover, in the region of the side lobes, the AAR sensitivity varies in the range of 37 ... 47 dB in the range from -60 ° to 60 °. When forming functions
Figure 00000032
all AAR elements are used without grouping by modules, which avoids the appearance of additional MD zeros.

Сопоставление фиг. 2 и фиг. 3 показывает, что динамический диапазон чувствительности обычной ААР к помехам гораздо выше, что связано с изменениями ДН адаптивного канала в области «нулей» ДН на фиг. 2. Кроме того, обычная ΑΑΡ не позволяет исключить полностью составляющую сигнала из смеси сигнала и помех, что оказывает влияние на подавление помех, коррелированных с сигналом.A comparison of FIG. 2 and FIG. 3 shows that the dynamic range of the sensitivity of a conventional AAR to interference is much higher, which is associated with changes in the adaptive channel pattern in the “zero” pattern of the pattern in FIG. 2. In addition, the usual ΑΑΡ does not allow to exclude completely the signal component from the mixture of signal and interference, which affects the suppression of noise correlated with the signal.

На фиг. 4 представлены ДН ΑΑΡ до (пунктирная кривая) и после адаптации (сплошная кривая). На фиг. 5 и фиг. 6 показаны распределения комплексных весовых коэффициентов в каналах ΑΑΡ. Для удобства значения амплитуд и фаз комплексных весовых коэффициентов соединены отрезками.In FIG. Figure 4 shows DN Н before (dashed curve) and after adaptation (solid curve). In FIG. 5 and FIG. Figure 6 shows the distribution of complex weights in the channels ΑΑΡ. For convenience, the values of the amplitudes and phases of the complex weights are connected by segments.

Из анализа фиг. 4 следует, что теоретическая глубина формируемых провалов в направлениях на источники помех достигает -90 дБ. Области «нулей» в формируемой ДН расположены с периодом, который связан с ориентацией «нулей» ДН модуля (адаптивного канала).From the analysis of FIG. 4 it follows that the theoretical depth of the formed dips in the directions to the interference sources reaches -90 dB. The areas of “zeros” in the formed pattern are located with a period that is associated with the orientation of the “zeros” of the pattern of the module (adaptive channel).

Модульная адаптивная антенная решетка, реализующая патентуемый способ, может быть построена на основе широко используемых в разработках и хорошо освоенных в производстве СВЧ приборов: антенных элементов, управляемых аналоговых или цифровых фазовращателей, блоков комплексного взвешивания сигналов и сумматоров сигналов [см. например: 10 - Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова. - М.: Радиотехника, 2004. С. 66-82, 121-130]. Для создания электронных блоков хранения, вычислений и управления (под номерами 6-13 на фиг. 1) существует развитая элементная база, в частности программируемые логические интегральные схемы и цифровые сигнальные процессоры, обеспечивающие реализацию функций управления и обработки данных. В частности, такими возможностями обладает отечественный сигнальный контроллер 1892 ВМ3Т [11 - Плетнева И.Д. Реализация алгоритмов управления адаптивными антенными решетками на базе цифрового сигнального контроллера // Изв. вузов. Электроника, 2009, №3, с. 61-67].A modular adaptive antenna array that implements the patented method can be built on the basis of microwave devices widely used in development and well-developed in the manufacture of microwave devices: antenna elements controlled by analog or digital phase shifters, integrated signal weighting units, and signal adders [see for example: 10 - Active phased antenna arrays / Ed. DI. Voskresensky and A.I. Kanaschenkova. - M .: Radio engineering, 2004. S. 66-82, 121-130]. To create electronic storage, computing and control units (numbered 6-13 in Fig. 1), there is a developed elemental base, in particular programmable logic integrated circuits and digital signal processors, which provide the implementation of control and data processing functions. In particular, the domestic signal controller 1892 BM3T has such capabilities [11 - I. Pletneva. Implementation of control algorithms for adaptive antenna arrays based on a digital signal controller // Izv. universities. Electronics, 2009, No. 3, p. 61-67].

Приведенные выше материалы подтверждают соответствие критерию "промышленная применимость" предложенного способа.The above materials confirm compliance with the criterion of "industrial applicability" of the proposed method.

Таким образом, патентуемый способ обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех практически реализуем и обеспечивает объявленный технический результат, заключающийся в повышении эффективности подавления помех, коррелированных с полезным сигналом, при отсутствии априорной информации о направлениях их прихода без нарушения рабочего режима работы модульной адаптивной антенной решетки.Thus, the patented method of processing signals in a modular adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference is practically feasible and provides the declared technical result, which consists in increasing the efficiency of suppressing interference correlated with a useful signal in the absence of a priori information about the directions of their arrival without disrupting the operating mode the work of a modular adaptive antenna array.

Claims (1)

Способ обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех, состоящий в том, что для каждого положения максимума диаграммы направленности принимаемые каждым М-ным каналом сигналы разделяют по мощности на прошедшую и ответвленную части, сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, суммируют в Ма модулях, формируют ковариационную матрицу помех, определяют по критерию максимума отношения сигнал/(помеха+шум) вектор комплексных весовых коэффициентов, с которым суммируют выходные сигналы модулей, образуя выходной сигнал адаптивной антенной решетки, отличающийся тем, что сигналы, соответствующие ответвленной части мощности, преобразуют в М сигналов, в которых исключена составляющая полезного сигнала, выполняют с учетом информации о диаграммах направленности модулей такое изменение М преобразованных сигналов в Ма помеховых сигналов, чтобы комплексные амплитуды составляющих помех в них приближались к комплексным амплитудам помех в выходных сигналах соответствующих модулей, а с помощью полученных Ма сигналов формируют ковариационную матрицу помех А размером Ма×Ма, находят оптимальный для модульной адаптивной антенной решетки по критерию максимума отношения сигнал/(помеха+шум) вектор комплексных весовых коэффициентов, сигналы, соответствующие прошедшей части мощности, суммируют в Ма модулях с заданными комплексными весовыми коэффициентами.A method of processing signals in a modular adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference, consisting in the fact that for each position of the maximum radiation pattern received by each Mth channel, the signals are divided by power into the transmitted and branched parts, the signals corresponding to the transmitted part of the power are summed in M a modules, form a covariance interference matrix, determine by the criterion of the maximum signal / signal (interference + noise) the vector of complex weighting coefficients, with which the output s module signals, forming the output signal of the adaptive antenna array, characterized in that the signals corresponding to the branch part of the power are converted into M signals, in which the component of the useful signal is excluded, and taking into account information about the radiation patterns of the modules, such a change in M converted signals into M and interference signals signals to the complex amplitudes of the interference components in these complex amplitudes approaching the noise in the output signals of the respective modules, while using the received M signals but the odds iruyut covariance matrix of interference A of size M and × M and find an optimum for modular adaptive array antenna according to the criterion of maximum signal / (interference + noise) vector of complex weights, signals corresponding to the last part of the power summed in M and with desired complex modules weighting factors.
RU2015148141A 2015-11-09 2015-11-09 Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference RU2609792C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148141A RU2609792C1 (en) 2015-11-09 2015-11-09 Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148141A RU2609792C1 (en) 2015-11-09 2015-11-09 Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2609792C1 true RU2609792C1 (en) 2017-02-03

Family

ID=58457835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148141A RU2609792C1 (en) 2015-11-09 2015-11-09 Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2609792C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2777692C1 (en) * 2021-06-28 2022-08-08 Артем Николаевич Новиков Method for processing signals in an adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1548820A1 (en) * 1987-10-13 1990-03-07 Военная академия связи им.С.М.Буденного Adaptive array
RU2124789C1 (en) * 1997-12-15 1999-01-10 Военный инженерно-космический университет имени А.Ф.Можайского Adaptive array signal processing device
KR20020018501A (en) * 2000-09-02 2002-03-08 서평원 The Method for Processing Signal in Adaptive antenna array System
WO2002052748A2 (en) * 2000-12-22 2002-07-04 Arraycomm, Inc. Method and apparatus for mitigating inter-channel interference in adaptive array systems
US20050035894A1 (en) * 2001-10-08 2005-02-17 Michael Dean Signal processing system and method
RU2466482C1 (en) * 2011-03-16 2012-11-10 Дмитрий Давидович Габриэльян Adaptive antenna array

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1548820A1 (en) * 1987-10-13 1990-03-07 Военная академия связи им.С.М.Буденного Adaptive array
RU2124789C1 (en) * 1997-12-15 1999-01-10 Военный инженерно-космический университет имени А.Ф.Можайского Adaptive array signal processing device
KR20020018501A (en) * 2000-09-02 2002-03-08 서평원 The Method for Processing Signal in Adaptive antenna array System
WO2002052748A2 (en) * 2000-12-22 2002-07-04 Arraycomm, Inc. Method and apparatus for mitigating inter-channel interference in adaptive array systems
US20050035894A1 (en) * 2001-10-08 2005-02-17 Michael Dean Signal processing system and method
RU2466482C1 (en) * 2011-03-16 2012-11-10 Дмитрий Давидович Габриэльян Adaptive antenna array

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2777692C1 (en) * 2021-06-28 2022-08-08 Артем Николаевич Новиков Method for processing signals in an adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200395664A1 (en) Beam Forming Using an Antenna Arrangement
JP2009186465A (en) Side lobe suppression
US7205937B2 (en) Non-multiple delay element values for phase shifting
JP6817740B2 (en) Analog beamforming systems and methods for direct radiation phased array antennas
Tong et al. An effective beamformer for interference suppression without knowing the direction
RU2609792C1 (en) Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference
US11152986B2 (en) Fast spatial search using phased array antennas
Okorogu et al. Design and simulation of a low cost digital beamforming (DBF) receiver for wireless communication
CN106842147B (en) A kind of digital beam froming method solving graing lobe interference problem
RU2291459C2 (en) System of protection of impulse radar stations from active noise interference
RU2330356C1 (en) Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators
RU2577827C1 (en) Self-focusing multibeam antenna array
Tong Time modulated linear arrays
RU2777692C1 (en) Method for processing signals in an adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference
RU2629921C1 (en) Method of adaptive signal processing in modular phase antenna lattice
RU2633029C1 (en) Transmitting adaptive antenna array
Supriya et al. Adaptive algorithms in smart antenna beamformation for wireless communication
RU2649096C1 (en) Multi-beam antenna system with single output
Gusevsky et al. A novel method for calculating radiation patters of phased array antennas with an icreased interelement spacing
Boonpoonga et al. Efficient parallel architecture for implementation of the CMA adaptive antenna
RU2788820C1 (en) Method for spatial interference compensation using information about the direction to the signal source
Yilmaz et al. A two-step optimization of the centro-hermitian form in direct data domain least squares approach
RU2776862C1 (en) Method for suppressing pulse interference in an n-element adaptive antenna array
Poli et al. Optimization-based synthesis of time-modulated arrays with accurate time-frequency analysis
Bhat et al. Beamforming in 5G networks

Legal Events

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

Effective date: 20181110