RU2788820C1 - Способ пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении на источник сигнала - Google Patents
Способ пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении на источник сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788820C1 RU2788820C1 RU2022116454A RU2022116454A RU2788820C1 RU 2788820 C1 RU2788820 C1 RU 2788820C1 RU 2022116454 A RU2022116454 A RU 2022116454A RU 2022116454 A RU2022116454 A RU 2022116454A RU 2788820 C1 RU2788820 C1 RU 2788820C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- antenna array
- interference
- vector
- source
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000017105 transposition Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 description 7
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Использование: изобретение относится к пространственной селекции сигналов и может быть использовано при приеме навигационных сигналов навигационной аппаратурой потребителя глобальной навигационной спутниковой системы (НАП ГНСС) в условиях воздействия преднамеренных помех. Сущность: способ пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении на источник сигнала, использующий адаптивную антенную решетку, осуществляет на основании информации о направлении на источник сигнала , поступающей от внешнего источника, формирование вектора s(α1,θ1)=[s1, s2, …, sK)] с элементами
где ρk и ϕk – полярные координаты k-го антенного элемента антенной решетки, λ - длина волны сигнала (помехи), который поступает на блок расчета весовых коэффициентов и используется там при вычислении значений весовых коэффициентов антенной решетки, обеспечивающих сохранение ориентации основного луча диаграммы направленности антенной решетки в направлении на источник полезного сигнала в процессе ее адаптации к помеховой обстановке, которая осуществляется в три этапа: на первом этапе оценивается уровень суммы сигнала и помех в каналах антенной решетки
где 0<μs<1, xk(t), k=1, 2, ..., K – компоненты вектора X(t)=[x1, x2, …, xK]T сигнала и помех на выходах антенных элементов, «Т» - оператор транспонирования; на втором этапе осуществляется расчет вектора весовых коэффициентов антенной решетки W(t)=[w1, w2, …, wK]T с элементами wk(t)=wk(t-1)-μy(t)xk(t)sk, k=1, 2, …, K, μ=μ0/A(t), 0<μ0<1; y(t)=X Н(t)W(t) – сумма сигнала и помех на выходе антенной решетки, «Н» – оператор комплексного сопряжения и транспонирования; на третьем этапе компоненты вектора W(t) нормируются следующим образом:
где I – единичный вектор-столбец. Технический результат: обеспечение компенсирования помехи, используя информацию о направлении на источник полезного сигнала. 5 ил.
Description
Изобретение относится к пространственной селекции сигналов и может быть использовано при приеме навигационных сигналов навигационной аппаратурой потребителя глобальной навигационной спутниковой системы (НАП ГНСС) в условиях воздействия преднамеренных помех.
Известен способ пространственной селекции источников излучения [1], который обеспечивается адаптивной антенной решеткой (ААР), состоящей из K пространственно распределенных антенных элементов, диаграммообразующей схемы с весовыми коэффициентами w1, w2, …, wK которые управляют формой диаграммы направленности, сумматора, блока расчета весовых коэффициентов, позволяющего сформировать заданные коэффициенты усиления антенной решетки в направлениях на источники полезных сигналов и нули в направлениях на источники помех. Вектор весовых коэффициентов антенной системы, обеспечивающий заданные коэффициенты усиления антенной решетки в направлениях на источники полезных сигналов и помех рассчитывается способом наименьших квадратов с применением аппарата псевдообратных матриц при линейных ограничениях на диаграмму направленности (ДН) антенной решетки.
Недостатком этой ААР является необходимость наличия информации о направлениях на источники помех, что не всегда является возможным, особенно при наличии мобильных источников помех.
Целью изобретения является разработка способа пространственной компенсации помех, использующего информацию о направлении на источник полезного сигнала, которое может быть известно заранее.
Поставленная цель достигается ориентацией ААР в направлении на источник сигнала и обеспечением подавления помех в направлениях, отличных от направления на источник сигнала.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где, на фиг. 1 приведена структурная схема ААР, на фиг. 2 приведены значения диаграмм направленности антенных элементов, на фиг. 3 приведен отклик согласованного фильтра (на фиг.1 не показан), подключенного к выходу сумматора ААР - сигнал и помехи до компенсации, на фиг. 4 приведен отклик согласованного фильтра подключенного к выходу сумматора ААР - сигнал и помехи после компенсации, на фиг. 5 приведены диаграммы направленности антенной решетки после компенсации.
Способ пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении на источник сигнала осуществляется в антенной решетке 1 с антенными элементами 11, 12, …, 1K, где K – количество антенных элементов, диаграммообразующей схемой (ДОС) 2 с блоками комплексных весовых коэффициентов 21, 22, …, 2K, сумматором 3, блоком расчета весовых коэффициентов 4 и блоком ориентации антенной решетки в направлении на источник сигнала 5, которые имеют между собой следующие связи. Выходы антенных элементов 11, 12, …, 1К, соединены с входами блоков весовых коэффициентов 21, 22, …, 2К и с входами блока расчета весовых коэффициентов 4, выходы которого соединены с другими входами блоков весовых коэффициентов 21, 22, …, 2К. Выходы блоков весовых коэффициентов 21, 22, …, 2К соединены с входами сумматора 3, выход которого соединен с одним из входов блока расчета весовых коэффициентов 4 и является выходом ААР, один из входов блока расчета весовых коэффициентов 4 соединен с выходом блока ориентации антенной решетки в направлении на источник сигнала 5, вход которого соединен с источником информации о направлении прихода сигнала (на фиг. не показано).
Способ пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении на источник сигнала осуществляется следующим образом.
На антенную решетку 1 поступают полезный u1(t) и помеховые сигналы u2(t), u2(t), …, uM(t) c амплитудами U1, U2, …, UM, где M – количество полезного сигнала и помех. Антенные элементы 11, 12, …, 1K, принимают их и отправляют сформированные напряжения x1(t), x2(t), …, xK(t) в блоки весовых коэффициентов 21, 22, …, 2K и в блок расчета весовых коэффициентов 4. Блок расчета весовых коэффициентов 4, получив сигналы с антенных элементов 11, 12, …, 1К и информацию о направлении на источник сигнала из блока ориентации антенной решетки в направлении на источник сигнала 5, формирует весовые коэффициенты w1(t), w2(t), …, wK(t), и передает их в блоки весовых коэффициентов 21, 22, …, 2K.
Блоки весовых коэффициентов 21, 22, …, 2K, умножают сигналы с выходов антенных элементов 11, 12, …, 1K на сформированные весовые коэффициенты w1(t), w2(t), …, wK(t). Эти сигналы поступают на сумматор 3, на выходе которого формируется выходной сигнал, поступающий также в блок расчета весовых коэффициентов 4.
Диаграмма направленности такой антенной решетки в сферической системе координат с учетом [2, с.43] принимает вид
где dk(α,θ) – значение ДН k-го антенного элемента в направлении на источник сигнала (помехи), θ – азимутальный угол на источник сигнала,
α – угол места, отсчитываемый от горизонтальной плоскости, ρk и ϕk – полярные координаты k-го антенного элемента антенной решетки 1,
λ – длина волны сигнала (помехи).
На выходах антенных элементов 11, 12, …, 1K антенной решетки 1 формируется сумма сигнала и помех
где u1(t) – сигнал, u2(t), u3(t), …, uK(t) – помехи; nk(t) – аддитивный белый шум с дисперсией σ2.
В блоке ориентации антенной решетки в направлении на источник сигнала 5 на основании информации о направлении на источник сигнала , поступающей от внешнего источника (на фиг. 1 не показано), формируется вектор
S(α1,θ1)=[s1, s2, …, sK)]
с элементами , который поступает на блок расчета весовых коэффициентов и используется там при вычислении значений весовых коэффициентов антенной решетки с целью сохранения ориентации основного луча диаграммы направленности антенной решетки в направлении на источник полезного сигнала в процессе ее адаптации к помеховой обстановке.
Адаптация антенной решетки 1 к помеховой обстановке осуществляется в блоке расчета весовых коэффициентов 2 в процессе расчета весовых коэффициентов w1(t), w2(t), …, wK(t) антенной решетки 1, обеспечивающих формирование «нулей» диаграммы направленности антенной решетки 1 в направлениях на помехи. Этот процесс итеративный и состоит из трех этапов.
На первом этапе оценивается уровень суммы сигнала и помех в каналах антенной решетки 1
где 0<μs<1, xk(t), k=1, 2, ..., K – компоненты вектора X(t)=[x1, x2, …, xK]T сигнала и помех на выходах антенных элементов 11, 12, …, 1K, «Т» оператор транспонирования.
На втором этапе осуществляется расчет вектора весовых коэффициентов w1(t), w2(t), …, wK(t) антенной решетки 1 W(t)=[w1, w2, …, wK]T, обеспечивающих формирование «нулей» диаграммы направленности антенной решетки 1 в направлениях на помехи при сохранении ориентации основного луча диаграммы направленности антенной решетки 1 в направлении на источник полезного сигнала
wk(t)=wk(t-1)-μy(t)xk(t)sk, k=1, 2, …, K,
где μ=μ0/A(t), 0<μ0<1; y(t)=X Н(t)W(t) – сумма сигнала и помех на выходе антенной решетки 1, «Н» – оператор комплексного сопряжения и транспонирования.
При этом за счет использования в последнем выражении множителя sk, k=1, 2, …, K, обеспечивается синфазность сигнальных компонент в каналах антенной решетки 1. В результате этого основной луч диаграммы направленности антенной решетки 1 ориентируется в направлении на источник полезного сигнала.
Однако, несмотря на ориентацию в направлении на источник сигнала, формирование весовых коэффициентов w1(t), w2(t), …, wK(t) в таком виде в процессе адаптации приведет их к нулевым значениям и к подавлению полезного сигнала.
Чтобы этого не случилось необходимо, чтобы в процессе адаптации среднее значение весовых коэффициентов было близко к 1.
Для этого на третьем этапе с целью обеспечения подавления помех в направлениях, отличных от направления на источник полезного сигнала, вектор W(t) преобразуется следующим образом
где I – единичный вектор столбец.
Это преобразование обеспечивает ограничение весовых коэффициентов w1(t), w2(t), …, wK(t). Их среднее значение в процессе адаптации будет оставаться равной 1, что обеспечит прохождение полезного сигнала на выход антенной решетки без изменения при формировании «нулей» диаграммы направленности антенной решетки 1 в направлении на помехи.
Выходной сигнал антенной решетки определяется в виде
y(t)=X Н(t)W(t).
При моделировании способа пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении прихода сигнала, в качестве антенной решетки 1 использовалась 6-ти элементная кольцевая антенная решетка из патч антенных элементов, размещенных по кругу равноудаленно от центра на расстоянии ρ=0.6λ, где λ – длина волны, и имеющих диаграмму направленности с минимумом в горизонтальной плоскости и максимумом в вертикальной плоскости.
В качестве сигнала, приходящего с направления, близкого к вертикальному, брался фазоманипулированный сигнал с расширением спектра М-последовательностью длиной 1023 символа с 10 цифровыми отсчетами на символе.
Помехи, поступающие на антенную решетку 1 с направлений, близких к горизонтальным, были сигналоподобными, т.е. копиями сигнала с различными временными задержками, разными амплитудами и приходящими с разных направлений.
Исходные данные для моделирования антенной решетки 1:
ρk =0,6λ, k=1, 2, …, 6;
ϕ1=0, ϕ2=600, ϕ3=1200, ϕ4=1800, ϕ5=2400, ϕ6=3000,
σ=0,5.
В Таблице 1 (фиг. 2) приведены исходные данные для моделирования сигнала и помех: амплитуды U, азимутальные углы θ и углы места α направлений прихода сигнала и помех, а также значения диаграмм направленности антенных элементов d в соответствующих направлениях.
На фиг. 3 приведен отклик согласованного фильтра (на фиг. 1 не показан), подключенного к выходу сумматора ААР, на принимаемую смесь сигнала и помех в отсутствии компенсации.
Для сравнения на фиг. 4 показан отклик того же согласованного фильтра с компенсацией помех при параметрах μ0=0.00001, μs=0.2, А(0)=100. Из рисунка видно, что после компенсации уровень сигнала превосходит уровень помех более чем в 20 раз.
На фиг. 5 приведены диаграммы направленности ААР после компенсации для разных углов места.
На фиг. 5а показана диаграмма направленности ААР при α=10, т.е. при угле места, близкому к углам места источников помех. Видно, что в направлениях 300, 700, 900 на источники помех сформированы глубокие провалы.
На фиг. 5б показана диаграмма направленности ААР при угле места α=800, равного углу места источника сигнала при этом диаграмма направленности близка круговой, с максимумом в направлении 1500 на источник сигнала.
Таким образом, предлагаемый способ пространственной компенсации помех позволяет компенсировать помехи, используя информацию о направлении на источник полезного сигнала.
Источники информации
1. Журавлев А.В., Маркин В.Г. Пространственная компенсация помех, направления прихода которых известны. Радиотехника 2018. №7. С. 105-108.
2. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. М.: Радио и связь. 1986. 448 с.
Claims (7)
- Способ пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении на источник сигнала, использующий адаптивную антенную решетку, отличающийся тем, что осуществляет на основании информации о направлении на источник сигнала , поступающей от внешнего источника, формирование вектора s(α1,θ1)=[s1, s2, …, sK)] с элементами
- где ρk и ϕk – полярные координаты k-го антенного элемента антенной решетки, λ - длина волны сигнала (помехи), который поступает на блок расчета весовых коэффициентов и используется там при вычислении значений весовых коэффициентов антенной решетки, обеспечивающих сохранение ориентации основного луча диаграммы направленности антенной решетки в направлении на источник полезного сигнала в процессе ее адаптации к помеховой обстановке, которая осуществляется в три этапа: на первом этапе оценивается уровень суммы сигнала и помех в каналах антенной решетки
- где 0<μs<1, xk(t), k=1, 2, ..., K – компоненты вектора X(t)=[x1, x2, …, xK]T сигнала и помех на выходах антенных элементов, «Т» - оператор транспонирования; на втором этапе осуществляется расчет вектора весовых коэффициентов антенной решетки W(t)=[w1, w2, …, wK]T с элементами wk(t)=wk(t-1)-μy(t)xk(t)sk, k=1, 2, …, K, μ=μ0/A(t), 0<μ0<1; y(t)=X Н(t)W(t) – сумма сигнала и помех на выходе антенной решетки, «Н» – оператор комплексного сопряжения и транспонирования; на третьем этапе компоненты вектора W(t) нормируются следующим образом:
- где I – единичный вектор-столбец.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788820C1 true RU2788820C1 (ru) | 2023-01-24 |
Family
ID=
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6483923B1 (en) * | 1996-06-27 | 2002-11-19 | Andrea Electronics Corporation | System and method for adaptive interference cancelling |
US6867726B1 (en) * | 1991-12-16 | 2005-03-15 | Lockheed Martin Corporation | Combining sidelobe canceller and mainlobe canceller for adaptive monopulse radar processing |
US20090022336A1 (en) * | 2007-02-26 | 2009-01-22 | Qualcomm Incorporated | Systems, methods, and apparatus for signal separation |
RU2446562C2 (ru) * | 2006-04-14 | 2012-03-27 | Таль | Способ и устройство борьбы с помехами в системе связи |
RU2456631C1 (ru) * | 2011-02-17 | 2012-07-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ адаптивной пространственной компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании и наличии ошибок калибровки приемных каналов |
RU2488137C2 (ru) * | 2011-10-25 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Конверсия" | Способ комплексирования сигналов пеленгования объекта визирования инерциального и радиолокационного дискриминаторов и система для его осуществления |
RU2660140C1 (ru) * | 2017-06-23 | 2018-07-05 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Компенсатор помех для навигационной аппаратуры потребителя глобальной навигационной спутниковой системы |
RU2671247C1 (ru) * | 2018-03-28 | 2018-10-30 | Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" /АО "НПО НИИИП-НЗиК"/ | Способ компенсации помехи и радиолокационная станция для его осуществления |
RU2677931C1 (ru) * | 2018-02-26 | 2019-01-22 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Устройство пространственной селекции сигналов с компенсацией преднамеренных помех |
RU2704007C1 (ru) * | 2018-10-30 | 2019-10-23 | Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (АО "НПО НИИИП-НЗиК") | Способ компенсации помех и радиолокационная станция для его осуществления |
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6867726B1 (en) * | 1991-12-16 | 2005-03-15 | Lockheed Martin Corporation | Combining sidelobe canceller and mainlobe canceller for adaptive monopulse radar processing |
US6483923B1 (en) * | 1996-06-27 | 2002-11-19 | Andrea Electronics Corporation | System and method for adaptive interference cancelling |
RU2446562C2 (ru) * | 2006-04-14 | 2012-03-27 | Таль | Способ и устройство борьбы с помехами в системе связи |
US20090022336A1 (en) * | 2007-02-26 | 2009-01-22 | Qualcomm Incorporated | Systems, methods, and apparatus for signal separation |
RU2456631C1 (ru) * | 2011-02-17 | 2012-07-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ адаптивной пространственной компенсации помех при моноимпульсном амплитудном суммарно-разностном пеленговании и наличии ошибок калибровки приемных каналов |
RU2488137C2 (ru) * | 2011-10-25 | 2013-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Конверсия" | Способ комплексирования сигналов пеленгования объекта визирования инерциального и радиолокационного дискриминаторов и система для его осуществления |
RU2660140C1 (ru) * | 2017-06-23 | 2018-07-05 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Компенсатор помех для навигационной аппаратуры потребителя глобальной навигационной спутниковой системы |
RU2677931C1 (ru) * | 2018-02-26 | 2019-01-22 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Устройство пространственной селекции сигналов с компенсацией преднамеренных помех |
RU2671247C1 (ru) * | 2018-03-28 | 2018-10-30 | Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" /АО "НПО НИИИП-НЗиК"/ | Способ компенсации помехи и радиолокационная станция для его осуществления |
RU2704007C1 (ru) * | 2018-10-30 | 2019-10-23 | Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" (АО "НПО НИИИП-НЗиК") | Способ компенсации помех и радиолокационная станция для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3783738A1 (en) | Wideband beam broadening for phased array antenna systems | |
US5173700A (en) | Mainbeam jammer nulling with monopulse angle correction | |
Cuntz et al. | Field test: jamming the DLR adaptive antenna receiver | |
Celik et al. | Implementation and experimental verification of a smart antenna system operating at 60 GHz band | |
Kiong et al. | Minimum variance distortionless response beamformer with enhanced nulling level control via dynamic mutated artificial immune system | |
RU2567120C1 (ru) | Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом | |
RU2788820C1 (ru) | Способ пространственной компенсации помех с использованием информации о направлении на источник сигнала | |
CN112134604A (zh) | 使用相控阵天线搜索信号的方法和相控阵天线系统 | |
Shcherbyna et al. | Prospect for using low-element adaptive antenna systems for radio monitoring stations | |
Okorogu et al. | Design and simulation of a low cost digital beamforming (DBF) receiver for wireless communication | |
Nayeri et al. | A comparison of digital beamforming and power minimization adaptive nulling algorithms using a software defined radio antenna array | |
RU2731875C1 (ru) | Адаптивная антенная решетка для бистатической радиолокационной системы | |
RU2577827C1 (ru) | Многолучевая самофокусирующаяся антенная решетка | |
RU2649096C1 (ru) | Многолучевая антенная система с одним выходом | |
Zhao et al. | Robust Virtual Array Transformation Beamforming Approach Against Jammer Motion | |
Dosaranian-Moghadam et al. | Adaptive beamforming method based on constrained LMS algorithm for tracking mobile user | |
USH739H (en) | Auxiliary antenna interference canceller | |
RU2609792C1 (ru) | Способ обработки сигналов в модульной адаптивной антенной решетке при приеме коррелированных сигналов и помех | |
RU2810696C1 (ru) | Способ формирования компенсационной диаграммы направленности в плоской антенной решетке с электронным управлением лучом | |
RU2633029C1 (ru) | Передающая адаптивная антенная решетка | |
Senapati et al. | Performances of some combined algorithms for adaptive beamforming in smart antenna using linear array | |
US20240178885A1 (en) | A radio system using a phase-reconfigurable reflectarray for adaptive beamforming | |
Drenkhahn et al. | A Hardware-Efficient Hybrid Approach for Suppression of Multiple Jammers in GNSS Receivers | |
Pham | Statistical behavior and performance of adaptive antennas in multipath environments | |
Ozdemir et al. | GPS jamming mitigation through Taguchi's optimization method |