RU2707985C2 - Automated multifunctional adaptive antenna array - Google Patents
Automated multifunctional adaptive antenna array Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707985C2 RU2707985C2 RU2018106256A RU2018106256A RU2707985C2 RU 2707985 C2 RU2707985 C2 RU 2707985C2 RU 2018106256 A RU2018106256 A RU 2018106256A RU 2018106256 A RU2018106256 A RU 2018106256A RU 2707985 C2 RU2707985 C2 RU 2707985C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- keys
- vector
- blocks
- outputs
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements 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
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах связи, радиолокации и радионавигации при приеме сигналов в условиях воздействия помех.The invention relates to antenna technology and can be used in radio communication systems, radar and radio navigation when receiving signals in the presence of interference.
Известна адаптивная антенная решетка [1, с. 56, 2], содержащая N антенных элементов. В канал каждого антенного элемента введено устройство с квадратурными каналами, с помощью которого сигнал разделяется на синфазную и квадратурную составляющие, а каждая из составляющих подвергается операции умножения на весовой коэффициент. Получаемые после такой обработки сигналы складываются в сумматоре. Управление величинами весовых коэффициентов осуществляется с помощью сигнального процессора.Known adaptive antenna array [1, p. 56, 2] containing N antenna elements. A device with quadrature channels is introduced into the channel of each antenna element, with the help of which the signal is divided into in-phase and quadrature components, and each of the components is subjected to the operation of multiplication by the weight coefficient. The signals obtained after such processing are added to the adder. The management of the values of weights is carried out using a signal processor.
Однако данная адаптивная антенная решетка функционирует в узкой полосе частот, форма диаграммы направленности будет постоянной, а сама антенна сможет выполнять только одну функцию.However, this adaptive antenna array operates in a narrow frequency band, the shape of the radiation pattern will be constant, and the antenna itself can only perform one function.
Известна адаптивная антенная решетка [3], содержащая антенные элементы, гибридные устройства, обеспечивающие разделение сигналов на синфазные и квадратурные составляющие, весовые умножители, общий сумматор, адаптивные контуры, полосовой и заградительный фильтры, блоки измерения мощности, блок сравнения и блок управления. С помощью фильтров, блоков измерения мощности, блока сравнения и блока управления обеспечивается минимизация и максимизация выходной мощности общего сумматора в режимах подавления помехи и выделения полезного сигнала.Known adaptive antenna array [3], containing antenna elements, hybrid devices that provide separation of signals into in-phase and quadrature components, weight multipliers, a common adder, adaptive circuits, band-pass and barrage filters, power measurement units, a comparison unit and a control unit. Using filters, power measurement units, a comparison unit, and a control unit, the output power of the total adder is minimized and maximized in the modes of suppressing interference and extracting a useful signal.
Недостатком данной адаптивной антенной решетки является усложнение схемы адаптивной антенной решетки и необходимость раздельного выполнения режимов минимизации помехи и максимизации мощности полезного сигнала. Также она способна принимать только один полезный сигнал в единицу времени.The disadvantage of this adaptive antenna array is the complexity of the adaptive antenna array and the need for separate execution of the modes to minimize interference and maximize the power of the useful signal. It is also capable of receiving only one useful signal per unit of time.
Известна адаптивная антенная решетка [4] содержит N антенных элементов, на выходах которых установлены N полосовых фильтров, M×N блоков комплексного взвешивания сигналов, М сигнальных сумматоров, общий сумматор и адаптивный процессор. Адаптивный процессор выполнен в виде совокупности М блоков формирования весовых коэффициентов. М выходов каждого из N полосовых фильтров соединены для соответствующей частотной составляющей полезного сигнала с соответствующими входами М блоков формирования весовых коэффициентов непосредственно, а с соответствующими входами М сигнальных сумматоров - через блоки комплексного взвешивания сигналов. Данная адаптивная антенная решетка обладает высокой помехоустойчивостью при обработке широкополосных сигналов при любой сигнально-помеховой обстановке.Known adaptive antenna array [4] contains N antenna elements, the outputs of which are N bandpass filters, M × N blocks of complex signal weighting, M signal adders, a common adder and an adaptive processor. The adaptive processor is made in the form of a set of M blocks for the formation of weighting factors. The M outputs of each of the N band-pass filters are connected directly to the corresponding frequency component of the useful signal with the corresponding inputs of the M weighting units, and with the corresponding inputs of the M signal adders via the complex signal weighting units. This adaptive antenna array has high noise immunity when processing broadband signals in any signal-noise environment.
Основным недостатком рассматриваемой адаптивной антенной решетки является то, что она способна принимать только один полезный сигнал в единицу времени. Второй недостаток - отсутствие функции универсальности, то есть адаптивная антенная решетка может применяться только для систем радиосвязи, либо только для систем радионавигации, либо только для систем радиолокации.The main disadvantage of the adaptive antenna array under consideration is that it is capable of receiving only one useful signal per unit time. The second drawback is the lack of a universality function, that is, the adaptive antenna array can only be used for radio communication systems, or only for radio navigation systems, or only for radar systems.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является многофункциональная адаптивная антенная решетка [5], содержащая N антенных элементов, N блоков комплексного взвешивания сигналов, адаптивный процессор и общий сумматор. Адаптивный процессор состоит из блока формирования управляющего вектора, отвечающего за фазирование антенной решетки в направление прихода полезного сигнала и форму главного максимума диаграммы направленности, блока формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов, блока обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов, блока формирования вектора весовых коэффициентов. Выходы N антенных элементов подключены ко входам N блоков комплексного взвешивания сигналов и ко входам блока формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов, являющимися соответствующими входами адаптивного процессора. Выходы блока формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов через блок обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов подключены ко входам блока формирования вектора весовых коэффициентов. Выход блок формирования управляющего вектора подключен к управляющему входу блока формирования вектора весовых коэффициентов. Выходы блока формирования вектора весовых коэффициентов, являющиеся выходами адаптивного процессора, подключены к управляющим входам N блоков комплексного взвешивания, выходы которых подключены к общему сумматору.The closest analogue (prototype) is a multifunctional adaptive antenna array [5], containing N antenna elements, N blocks of complex signal weighing, an adaptive processor and a common adder. The adaptive processor consists of a control vector generating unit responsible for phasing the antenna array in the direction of arrival of the useful signal and the shape of the main maximum of the radiation pattern, the generating unit of the covariance matrix of the interfering signals, the inverse unit of the covariance matrix of the interfering signals, and the generating unit of the weight vector. The outputs of the N antenna elements are connected to the inputs of the N blocks of the complex signal weighting and to the inputs of the block forming the covariance matrix of the interference signals, which are the corresponding inputs of the adaptive processor. The outputs of the unit for generating the covariance matrix of interfering signals through the unit for reversing the covariance matrix of interfering signals are connected to the inputs of the unit for generating the vector of weighting coefficients. The output of the control vector generation unit is connected to the control input of the weight vector forming unit. The outputs of the unit for generating the vector of weighting coefficients, which are the outputs of the adaptive processor, are connected to the control inputs of N blocks of complex weighing, the outputs of which are connected to a common adder.
Недостатком данной многофункциональной адаптивной антенной решетки является то, что она функционирует в узкой полосе частот и не способна одновременно принимать несколько полезных сигналов, приходящих с различных направлений.The disadvantage of this multifunctional adaptive antenna array is that it operates in a narrow frequency band and is not able to simultaneously receive several useful signals coming from different directions.
Предлагаемая автоматизированная многофункциональная адаптивная антенная решетка направлена на достижение технического результата, заключающегося в возможности антенной решетки одновременно формировать более одной диаграммы направленности для различных частотных диапазонов в различных направлениях и оперативно изменять формы главных максимумов диаграмм направленности, за счет изменения амплитудно-фазового распределения токов в излучателях антенной решетки в сложной сигнально-помеховой обстановке. Это позволяет одновременно использовать одну и ту же антенную решетку для различных целей, например, для радиосвязи или для радиолокации, или для радионавигации и т.д., что делает ее универсальной для различных систем.The proposed automated multifunctional adaptive antenna array is aimed at achieving a technical result consisting in the ability of the antenna array to simultaneously generate more than one radiation pattern for different frequency ranges in different directions and quickly change the shapes of the main maxima of radiation patterns due to changes in the amplitude-phase distribution of currents in the antenna emitters gratings in a complex signal-noise environment. This allows you to simultaneously use the same antenna array for various purposes, for example, for radio communications or for radar, or for radio navigation, etc., which makes it universal for various systems.
Для достижения указанного технического результата в многофункциональную адаптивную антенную решетку, являющуюся наиболее близким аналогом (прототипом), содержащую N антенных элементов, N блоков комплексного взвешивания сигналов, общий сумматор, адаптивный процессор, состоящий из блока формирования вектора весовых коэффициентов, в состав которого входят блок формирования управляющего вектора, блок формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов, блок обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов, блок перемножения, дополнительно введены N полосовых фильтров, пульт оператора, K сумматоров по частотной составляющей, а также K ключей К1 и K ключей К2, количество блоков комплексного взвешивания сигналов увеличено в K раз, в адаптивный процессор дополнительно введены K-1 блоков формирования вектора весовых коэффициентов, блок аппроксимации вектора весовых коэффициентов, K ключей К1 и K ключей К2, причем выходы N антенных элементов через N полосовых фильтров подключены к соответствующим информационным входам N×K блоков комплексного взвешивания сигналов, а также к информационным входам блока формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов каждого из K блоков формирования вектора весовых коэффициентов адаптивного процессора, управляющие выходы пульта оператора подключены к блоку формирования управляющего вектора каждого из K блоков формирования вектора весовых коэффициентов адаптивного процессора, выходы блока формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов подключены к соответствующим входам блока обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов, выходы которого подключены к первым входам блока перемножения, второй вход блока перемножения подключен к выходу блока формирования управляющего вектора, выходы каждого из K блока перемножения, являющиеся выходами K блоков формирования вектора весовых коэффициентов через K ключей К1 подключены ко входам блока аппроксимации вектора весовых коэффициентов, выход которого является управляющим выходом адаптивного процессора, подключенным к соответствующим управляющим входам N×K блоков комплексного взвешивания сигналов, а через K ключей К2 подключены к соответствующим управляющим входам N×K блоков комплексного взвешивания сигналов, выходы N×K блоков комплексного взвешивания сигналов подключены к соответствующим K сумматорам по частотной составляющей, выходы K сумматоров по частотной составляющей через K ключей К1 подключены к общему сумматору, выход которого является выходом устройства, а через K ключей К2 к выходам устройства.To achieve the specified technical result, a multifunctional adaptive antenna array, which is the closest analogue (prototype), containing N antenna elements, N blocks of complex signal weighing, a common adder, an adaptive processor, consisting of a unit for generating a vector of weight coefficients, which includes a unit for generating control vector, covariance matrix generation block of interfering signals, covariance matrix reversal block of interfering signals, multiplication block, additional Additionally, N bandpass filters, an operator panel, K totalizers in the frequency component, as well as K keys K1 and K keys K2, were added, the number of blocks for complex signal weighting was increased K times, K-1 blocks for generating the vector of weighting factors were additionally introduced into the adaptive processor, block approximations of the vector of weights, K keys K1 and K keys K2, and the outputs of N antenna elements through N bandpass filters are connected to the corresponding information inputs of N × K blocks of complex signal weighting, as well as to and to the information inputs of the covariance matrix matrix of the interference signals of each of K adaptive processor weight coefficients vector generation blocks, the control panel operator outputs are connected to the control vector of each of the K adaptive processor weight vector formation blocks, the outputs of the covariance matrix of interference signals are connected to the corresponding the inputs of the block of treatment of the covariance matrix of interference signals, the outputs of which are connected are connected to the first inputs of the multiplication unit, the second input of the multiplication unit is connected to the output of the control vector generation unit, the outputs of each of the K multiplication unit, which are the outputs of the K units of the formation of the weight vector through K keys K1, are connected to the inputs of the approximation unit of the weight vector, the output of which is control output of the adaptive processor connected to the corresponding control inputs of N × K blocks of complex signal weighing, and through K keys K2 are connected to the corresponding control inputs of N × K blocks of complex signal weighing, outputs of N × K blocks of complex signal weighing are connected to the corresponding K adders in the frequency component, outputs of K adders in the frequency component through K keys K1 are connected to a common adder, the output of which is the output of the device, and through K keys K2 to the outputs of the device.
Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства и прототипа показывает, что заявленное устройство отличается тем, что:A comparative analysis of the claimed device and prototype shows that the claimed device is characterized in that:
- введены N полосовых фильтров, пульт оператора, K сумматоров по частотной составляющей, 2K ключей К1 и 2K ключей К2, количество блоков комплексного взвешивания сигналов увеличилось в K раз;- N band-pass filters, an operator console, K totalizers for the frequency component, 2K keys K1 and 2K keys K2 were introduced, the number of blocks for complex signal weighting increased K times;
- изменены связи между элементами;- Changed the relationship between the elements;
- в адаптивный процессор дополнительно введены K-1 блоков формирования вектора весовых коэффициентов и блок аппроксимации вектора весовых коэффициентов.- K-1 blocks of the formation of the vector of weight coefficients and an approximation block of the vector of weight coefficients are additionally introduced into the adaptive processor.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная схема автоматизированной многофункциональной адаптивной антенной решетки.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a structural diagram of an automated multifunctional adaptive antenna array.
На фиг. 2 представлена структурная схема адаптивного процессора.In FIG. 2 shows a block diagram of an adaptive processor.
На фиг. 3 приведена структурная схема блока формирования весовых коэффициентов.In FIG. 3 is a structural diagram of a weighting unit.
На фиг. 4 приведен частотный диапазон функционирования автоматизированной многофункциональной адаптивной антенной решетки, разделенный на K частных каналов обработки.In FIG. Figure 4 shows the frequency range of functioning of an automated multifunctional adaptive antenna array, divided into K private processing channels.
На фиг. 5 приведена оптимальная (1) и аппроксимированная (2) частотная зависимость реальной части вектора весовых коэффициентов.In FIG. Figure 5 shows the optimal (1) and approximated (2) frequency dependence of the real part of the vector of weight coefficients.
На фиг. 6 приведена оптимальная (1) и аппроксимированная (2) частотная зависимость мнимой части вектора весовых коэффициентовIn FIG. Figure 6 shows the optimal (1) and approximated (2) frequency dependence of the imaginary part of the vector of weight coefficients
В состав автоматизированной многофункциональной адаптивной антенной решетки (фиг. 1) входят антенные элементы 1, образующие N-элементную антенную решетку и подключенные к N полосовым фильтрам 2. Пульт оператора 3 подключен к адаптивному процессору 4, выходы N полосовым фильтрам 2 подключены к адаптивному процессору 4 и ко входам N×K блоков 5 комплексного взвешивания сигналов. Выходы адаптивного процессора 4 подключены ко входам N×K блоков 5 комплексного взвешивания сигналов, выходы N×K блоков 5 комплексного взвешивания сигналов подключены к соответствующим K сумматорам по частотной составляющей 6, выходы которых через K ключей К1 подключены к общему сумматору 7, а через K ключей К2 являются выходами устройства.The structure of an automated multifunctional adaptive antenna array (Fig. 1) includes
Адаптивный процессор 4 (фиг. 2) состоит из совокупности K блоков 8 формирования вектора весовых коэффициентов, управляющие входы которых соединены с пультом оператора 3, а информационные входы - с выходами полосовых фильтров 2. Выходы K блоков 8 формирования вектора весовых коэффициентов через K ключей К1 подключены к блоку 9 аппроксимации вектора весовых коэффициентов, выход которого является управляющим выходом адаптивного процессора, а через K ключей К2 являются управляющими выходами адаптивного процессора.Adaptive processor 4 (Fig. 2) consists of a set of
Каждый из K блоков 8 формирования вектора весовых коэффициентов (фиг. 3) состоит из блока 10 формирования управляющего вектора, управляющий вход которого соединен с пультом оператора 3, а выход со входом блока 13 перемножения, блока 11 формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов, входы которого подключены к выходам полосовых фильтров 2. N выходов блока 11 формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов соединены с N входами блока 12 обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов, выходы которого соединены со входами блока 13 перемножения. Выход блока 13 перемножения является выходом блока 8 формирования вектора весовых коэффициентов.Each of the
Прежде чем рассмотреть функционирование предлагаемой автоматизированной многофункциональной адаптивной антенной решетки, проведем теоретическое обоснование приема узкополосного полезного сигнала или части широкополосного полезного сигнала для каждого из K частотного канала обработки.Before considering the operation of the proposed automated multifunctional adaptive antenna array, we carry out a theoretical justification for the reception of a narrowband useful signal or part of a wideband useful signal for each of the K frequency processing channels.
Рассмотрим N-элементную антенную решетку с известной геометрией излучающего раскрыва, осуществляющую прием полезного сигнала с направления θ0, ϕ0 и подавление помех, приходящих с неизвестных направлений θl, ϕl, (l=1, …, L). Требуется определить и реализовать набор весовых коэффициентов в каналах адаптивной антенной решетки, обеспечивающих максимум отношения сигнал / (помеха + шум) на выходе адаптивной антенной решетки.Consider an N-element antenna array with known emitting aperture geometry, which receives a useful signal from the direction θ 0, ϕ 0 and suppresses noise coming from unknown directions θ l , ϕ l, (l = 1, ..., L). It is required to determine and implement a set of weighting coefficients in the channels of the adaptive antenna array, providing a maximum signal / (noise + noise) ratio at the output of the adaptive antenna array.
Запишем критерий максимума отношения сигнал / (помеха + шум):We write the criterion for the maximum signal / (noise + noise) ratio:
где Rss - ковариационная матрица полезного сигнала;where R ss is the covariance matrix of the useful signal;
Rnn - ковариационная матрица сигналов помех;R nn is the covariance matrix of interference signals;
W - вектор весовых коэффициентов;W is the vector of weights;
T,* - символы операций транспонирования и комплексного сопряжения соответственно.T, * - symbols of transpose and complex conjugation operations, respectively.
Оптимальная зависимость вектора весовых коэффициентов имеет вид [1]:The optimal dependence of the vector of weight coefficients has the form [1]:
где - обратная ковариационная матрица помеховых сигналов;Where - inverse covariance matrix of interfering signals;
S0=Аnехр(-ik(xnsinθ0cosϕ0+уnsinθ0sinϕ0)) - управляющий вектор, обеспечивающий построение заданной диаграммы направленности (в заданном направлении θ0, ϕ0 с заданной формой главного максимума);S 0 = А n exp (-ik (x n sinθ 0 cosϕ 0 + for n sinθ 0 sinϕ 0 )) is a control vector that provides the construction of a given radiation pattern (in a given direction θ 0 , ϕ 0 with a given shape of the main maximum);
Аn - вектор амплитудно-фазового распределения токов в излучателях антенной решетки;And n is the vector of the amplitude-phase distribution of currents in the emitters of the antenna array;
k - волновое число;k is the wave number;
θ0, ϕ0 - углы направления прихода полезного сигнала;θ 0 , ϕ 0 are the angles of the direction of arrival of the useful signal;
хn, yn - координаты n-го элемента антенной решетки.x n , y n - coordinates of the nth element of the antenna array.
Ковариационная матрица помеховых сигналов при произвольном числе помеховых сигналов определяется соотношением вида:The covariance matrix of interfering signals with an arbitrary number of interfering signals is determined by a ratio of the form:
где σ2 - мощность тепловых шумов антенной решетки;where σ 2 is the thermal noise power of the antenna array;
Е - единичная матрица размерностью N×N;E is the identity matrix of dimension N × N;
ν - мощность помехового сигнала;ν is the power of the interfering signal;
- вектор-столбец, элементами которого являются комплексные сомножители, учитывающие фазовый набег на каждом элементе антенной решетки при приеме -го () помехового сигнала. - a column vector whose elements are complex factors that take into account the phase incursion at each element of the antenna array when receiving th ( ) interference signal.
Тогда обратная ковариационная матрица с использованием выражения (2) записывается так:Then the inverse covariance matrix using expression (2) is written as follows:
где Up=exp(-ik(xnsinθрcosϕр+уnsinθрsinϕр)) - вектор-столбец, элементами которого являются комплексные сомножители, учитывающие фазовый набег на каждом элементе антенной решетки при приеме р-го (р=1, …, L) помехового сигнала.where U p = exp (-ik (x n sinθ p cosϕ p + y n sinθ p sinϕ p )) is a column vector whose elements are complex factors that take into account the phase incursion at each element of the antenna array when receiving r (p = 1, ..., L) of the interfering signal.
В соотношении (4) известны все члены за исключением коэффициентов , которые можно найти из выражения (3) и (4), учитывая условие:In relation (4), all terms are known except for the coefficients which can be found from expressions (3) and (4), given the condition:
В частном случае одной помехи коэффициент определяется в виде:In the particular case of a single interference coefficient defined as:
а обратная ковариационная матрица помеховых сигналов после подстановки (5) в (4) определяется формулой:and the inverse covariance matrix of interfering signals after substituting (5) in (4) is determined by the formula:
Выражение для вектора весовых коэффициентов в этом случае имеет вид:The expression for the vector of weights in this case has the form:
После проведения математических преобразований выражения (7) с учетом соотношений для S0 и U1, получим аналитическую зависимость вектора весовых коэффициентов. Полученный вектор весовых коэффициентов позволяет сфазировать антенную решетку в направление прихода полезного сигнала, сформировать требуемую форму главного максимума диаграммы направленности, а также «нули» диаграммы направленности в направлении помеховых сигналов.After carrying out mathematical transformations of expression (7), taking into account the relations for S 0 and U 1 , we obtain the analytical dependence of the vector of weight coefficients. The resulting vector of weighting coefficients allows you to phase the antenna array in the direction of arrival of the useful signal, to form the desired shape of the main maximum of the radiation pattern, as well as the "zeros" of the radiation pattern in the direction of the interfering signals.
В случае, когда полезный сигнал характеризуется не одной частотой, а спектром частот возникает необходимость формирования вектора весовых коэффициентов для всего частотного диапазона, что на практике невозможно. Поэтому предлагается для каждого k-го частотного канала обработки оптимально определять вектор весовых коэффициентов для k-ой частоты. Для остальных частот непрерывного спектра сигнала производить аппроксимацию вектора весовых коэффициентов различными функциями, например, кусочно-постоянной или кусочно-линейной (фиг. 4-6).In the case when the useful signal is characterized not by a single frequency, but by a frequency spectrum, it becomes necessary to form a vector of weighting coefficients for the entire frequency range, which is impossible in practice. Therefore, it is proposed for each k-th frequency channel of processing to optimally determine the vector of weighting coefficients for the k-th frequency. For the remaining frequencies of the continuous spectrum of the signal, approximate the vector of weights by various functions, for example, piecewise constant or piecewise linear (Fig. 4-6).
Таким образом, выражение (7) примет вид:Thus, the expression (7) will take the form:
где - оптимальный вектор весовых коэффициентов для k-ой частоты;Where - the optimal vector of weights for the k-th frequency;
- аппроксимирующая функция (фиг. 5-6). - approximating function (Fig. 5-6).
Предлагаемая автоматизированная многофункциональная адаптивная антенная решетка функционирует следующим образом.The proposed automated multi-functional adaptive antenna array operates as follows.
Аддитивная смесь полезных сигналов, приходящих с различных направлений на различных частотах, шума и помеховых сигналов принимается N антенными элементами 1. N полосовых фильтров 2 разделяют принятую аддитивную смесь сигналов на K частотных диапазона (фиг. 4). Часть разделенной аддитивной смеси сигналов поступает на входы блоков 5 комплексного взвешивания сигналов. Аналогично вторая часть аддитивной сигналов подается на соответствующие информационные входы адаптивного процессора 4, а именно, на соответствующие информационные входы блоков 8 формирования вектора весовых коэффициентов, а в каждом из них на входы блока 11 формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов.An additive mixture of useful signals coming from different directions at different frequencies, noise and interference signals is received by
Рассмотрим подробнее функционирование адаптивного процессора 4. Аддитивная смесь сигналов, разделенная на K частотных диапазонов, поступает на входы соответствующего k-го блока 8 формирования вектора весовых коэффициентов, а в каждом из них на входы блока 11 формирования ковариационной матрицы помеховых сигналов, в котором в соответствии с приведенными соотношениями формируются элементы ковариационной матрицы помеховых сигналов для k-го частотного канала обработки. Сигналы, соответствующие элементам ковариационной матрицы помеховых сигналов, поступают на входы блока 12 обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов. Далее сигналы от блока 12 обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов поступают на первые входы блока 13 перемножения. На второй вход блока 13 перемножения поступает управляющий сигнал от блока 10 формирования управляющего вектора (S0=Аnехр(-ik(xnsinθ0cosϕ0+уnsinθ0sinϕ0))), содержащий сведения о направлении прихода полезного сигнала и форме требуемого главного максимума диаграммы направленности. Форма главного максимума диаграммы направленности напрямую зависит от задач, выполняемых антенной решеткой, и способна изменяться в масштабе реального времени. Сигнал о направлении прихода полезного сигнала и изменении амплитудно-фазового распределения токов в излучателях антенной решетки, а следовательно и формы главного максимума диаграммы направленности, выдается блоком 10 формирования управляющего вектора по команде с пульта оператора 3. В блоке 13 перемножения формируются сигналы для управления соответствующими блоками 5 комплексного взвешивания сигналов. Формирование этих сигналов выполняется на основе правил умножения матриц, которые легко реализуются с использованием перемножителей и сумматоров низкочастотных сигналов. Выходные сигналы K блоков 8 формирования вектора весовых коэффициентов через замкнутые по команде с пульта оператора 3 ключи К2 являются выходными сигналами адаптивного процессора. Если по команде, поступающей с пульта оператора, замкнуты ключи К1, то выходные сигналы K блоков 8 формирования вектора весовых коэффициентов поступают на входы блока 9 аппроксимации вектора весовых коэффициентов, где производится формирование вектора весовых коэффициентов в соответствии с выражением (8). В результате на выходе адаптивного процессора создаются управляющие воздействия, поступающие на соответствующие управляющие входы блоков 5 комплексного взвешивания сигналов. Сигналы с выходов блоков 5 комплексного взвешивания сигналов поступают на входы соответствующих сумматоров по частотной составляющей 6. Выходы сумматоров по частотной составляющей 6 через замкнутые по команде, поступающей с пульта оператора 3, ключи К1 являются выходами устройства. В данном случае сигналы, поступающие на выход устройства, представляют собой принятые одновременно с различных направлений узкополосные сигналы. Через замкнутые по команде, поступающей с пульта оператора 3, ключи К2 сигналы с выходов сумматоров по частотной составляющей 6 поступают на общий сумматор 7, в котором производится суммирование сигналов по частоте. Выход общего сумматора 7 является выходом устройства. В данном случае сигнал, поступающий с выхода устройства, является принятый с определенного направления широкополосный сигнал. При необходимости объединения нескольких частотных диапазонов с пульта оператора 3 поступает команда на замыкание соответствующих ключей К1. Для остальных частотных каналов обработки по команде с пульта оператора 3 замыкаются соответствующие ключи К2. Ключи К1 и К2 по одной и той же команде замыкаются во всех элементах устройства. Таким образом, автоматизированная многофункциональная адаптивная антенная решетка может одновременно принимать сигналы, приходящие с различных направлений с различной шириной спектра от различных радиотехнических систем.Let us consider in more detail the functioning of the
Автоматизированная многофункциональная адаптивная антенная решетка может быть реализована на современной элементной базе. Выполнение введенных блоков не вызывает затруднений.Automated multifunctional adaptive antenna array can be implemented on a modern element base. The implementation of the entered blocks is straightforward.
Из сказанного следует, что предлагаемая автоматизированная многофункциональная адаптивная антенная решетка в зависимости от вида выполняемых задач, от которых зависит форма главного максимума диаграммы направленности, обеспечивает выделение полезного сигнала из принимаемой совокупности полезного и помеховых сигналов с неизвестными параметрами, позволяет принимать полезные сигналы, поступающие с различных направлений на различных частотах, оперативно изменять форму главного максимума диаграммы направленности. Автоматизированная многофункциональная адаптивная антенная решетка может быть реализована с использованием существующих радиоэлектронных средств и элементов.It follows from the foregoing that the proposed automated multifunctional adaptive antenna array, depending on the type of tasks performed, on which the shape of the main maximum of the radiation pattern depends, provides the selection of the useful signal from the received set of useful and interference signals with unknown parameters, and allows you to receive useful signals coming from various directions at different frequencies, quickly change the shape of the main maximum of the radiation pattern. Automated multifunctional adaptive antenna array can be implemented using existing electronic means and elements.
Таким образом, введение совокупности новых элементов позволяет получить технический результат, заключающегося в возможности антенной решетки одновременно формировать более одной диаграммы направленности на различных частотных диапазонах в различных направлениях и оперативно изменять формы главных максимумов диаграмм направленности, за счет изменения амплитудно-фазового распределения токов в излучателях антенной решетки в сложной сигнально-помеховой обстановке. Это позволяет одновременно использовать одну и ту же антенную решетку для различных целей, например, для радиосвязи или для радиолокации, или для радионавигации и т.д., что делает ее универсальной для различных систем.Thus, the introduction of a totality of new elements allows us to obtain a technical result consisting in the possibility of an antenna array to simultaneously generate more than one radiation pattern at different frequency ranges in different directions and to quickly change the shapes of the main maxima of radiation patterns due to changes in the amplitude-phase distribution of currents in the antenna emitters gratings in a complex signal-noise environment. This allows you to simultaneously use the same antenna array for various purposes, for example, for radio communications or for radar, or for radio navigation, etc., which makes it universal for various systems.
ЛитератураLiterature
1. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986. - С. 56.1. Monzingo R.A., Miller T.U. Adaptive Antenna Arrays: Introduction to Theory: Per. from English - M .: Radio and communications, 1986. - S. 56.
2. АС СССР, №1506569, 1987 г.2. AS of the USSR, No. 1506569, 1987
3. АС СССР, №1548820, 1990 г.3. AS of the USSR, No. 1548820, 1990
4. RU, №2466482, 2012 г.4. RU, No. 2466482, 2012
5. RU, №2579996, 2016 г.5. RU, No. 2579996, 2016.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018106256A RU2707985C2 (en) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Automated multifunctional adaptive antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018106256A RU2707985C2 (en) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Automated multifunctional adaptive antenna array |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018106256A RU2018106256A (en) | 2019-08-20 |
RU2018106256A3 RU2018106256A3 (en) | 2019-10-02 |
RU2707985C2 true RU2707985C2 (en) | 2019-12-03 |
Family
ID=67640808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018106256A RU2707985C2 (en) | 2018-02-20 | 2018-02-20 | Automated multifunctional adaptive antenna array |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2707985C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2014680C1 (en) * | 1991-03-05 | 1994-06-15 | Военная академия связи | Adaptive array |
US7539273B2 (en) * | 2002-08-29 | 2009-05-26 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Method for separating interfering signals and computing arrival angles |
US8115678B1 (en) * | 2008-07-03 | 2012-02-14 | Raytheon Company | Generating an array correlation matrix using a single receiver system |
RU2463722C2 (en) * | 2007-03-02 | 2012-10-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Using set of filters in adaptive channel repeater using adaptive antenna arrays |
RU2579996C2 (en) * | 2014-01-16 | 2016-04-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Multifunctional adaptive antenna array |
RU2679486C1 (en) * | 2018-02-19 | 2019-02-11 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Adaptive antenna system for panoramic radio receiver |
-
2018
- 2018-02-20 RU RU2018106256A patent/RU2707985C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2014680C1 (en) * | 1991-03-05 | 1994-06-15 | Военная академия связи | Adaptive array |
US7539273B2 (en) * | 2002-08-29 | 2009-05-26 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Method for separating interfering signals and computing arrival angles |
RU2463722C2 (en) * | 2007-03-02 | 2012-10-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Using set of filters in adaptive channel repeater using adaptive antenna arrays |
RU2464707C2 (en) * | 2007-03-02 | 2012-10-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Using adaptive antenna array together with channel follower to improve signal quality |
US8115678B1 (en) * | 2008-07-03 | 2012-02-14 | Raytheon Company | Generating an array correlation matrix using a single receiver system |
RU2579996C2 (en) * | 2014-01-16 | 2016-04-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Multifunctional adaptive antenna array |
RU2679486C1 (en) * | 2018-02-19 | 2019-02-11 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Adaptive antenna system for panoramic radio receiver |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018106256A (en) | 2019-08-20 |
RU2018106256A3 (en) | 2019-10-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Baird et al. | Adaptive sidelobe nulling using digitally controlled phase-shifters | |
Chan et al. | Uniform concentric circular arrays with frequency-invariant characteristics—theory, design, adaptive beamforming and DOA estimation | |
Widrow et al. | A comparison of adaptive algorithms based on the methods of steepest descent and random search | |
RU2141706C1 (en) | Method and device for adaptive spatial filtering of signals | |
RU2466482C1 (en) | Adaptive antenna array | |
RU2683140C1 (en) | Adaptive antenna array | |
RU2495447C2 (en) | Beam forming method | |
Chen et al. | Adaptive beamforming using the constrained Kalman filter | |
Zhao et al. | A division-free and variable-regularized LMS-based generalized sidelobe canceller for adaptive beamforming and its efficient hardware realization | |
RU2579996C2 (en) | Multifunctional adaptive antenna array | |
Liang et al. | Cramér-Rao bound analysis of underdetermined wideband DOA estimation under the subband model via frequency decomposition | |
Paaso et al. | DoA estimation through modified unitary MUSIC algorithm for CRLH leaky-wave antennas | |
Yan et al. | Convex optimization based time-domain broadband beamforming with sidelobe control | |
Sandler | Some equivalences between equally and unequally spaced arrays | |
Ward et al. | Application of a systolic array to adaptive beamforming | |
RU2707985C2 (en) | Automated multifunctional adaptive antenna array | |
Hamici | Fast beamforming with fault tolerance in massive phased arrays using intelligent learning control | |
Wei et al. | Window function design for asymmetric beampattern synthesis and applications | |
CN108828536B (en) | Broadband emission digital beam forming interference design method based on second-order cone programming | |
Kunzler et al. | Wideband radio frequency interference cancellation for high-sensitivity phased array receivers with true time delays and truncated hadamard projection | |
Singh et al. | Criterion for the H∞ suppression of overflow oscillations in fixed point digital filters employing saturation nonlinearities and external interference | |
RU2633029C1 (en) | Transmitting adaptive antenna array | |
Brennan et al. | Efficient simulation of external noise incident on arrays | |
RU2099838C1 (en) | Adaptive antenna array | |
RU2777692C1 (en) | Method for processing signals in an adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200221 |