Адаптивная антенная решетка

 

Использование: в радиотехнике, в частности в антенной технике в системах с пространственно временной обработкой сигналов. Сущность изобретения: адаптивная антенная решетка содержит N идентичных антенных элементов, N блоков взвешивания принимаемого сигнала, первый и второй сумматоры, инвертор, блок вычитания, первый и второй блоки корреляционной обработки, блок опорного сигнала, блок взвешивания опорного сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в системах с пространственно-временной обработкой сигналов.

Аналогами предлагаемого устройства являются известные адаптивные антенные решетки (ААР), построенные на принципе адаптивного управления диаграммой направленности за счет изменения весовых коэффициентов по критерию минимума средней квадратической ошибки (МСКО), в которых вводятся дополнительные элементы с целью уменьшения времени адаптации. Недостатком таких устройств является значительное время вхождения в связь (перерыва в связи в процессе изменения сигнально-помеховой обстановки), определяемое временем сходимости алгоритма МСКО.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа адаптивная антенна, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, блок опорного сигнала, блок взвешивания опорного сигнала, блок вычитания и первый блок корреляционной обработки, второй блок корреляционной обработки, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу схемы вычитания и к первому входу блока взвешивания опорного сигнала, второму входу которого подключен выход второго блока корреляционной обработки, N идентичных антенных элементов, N блоков взвешивания принимаемого сигнала, выходы и первые входы которых соединены соответственно с соответствующими входами первого сумматора и с соответствующими выходами первого блока корреляционной обработки, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих идентичных антенных элементов и вторым входам соответствующих блоков взвешивания принимаемого сигнала, при этом выход первого сумматора с вторым входом блока вычитания.

Устройство обеспечивает регулировку весовых коэффициентов системной обработки связи, чтобы минимизировать средний квадрат ошибки, выделяемой на выходе схемы вычитания. При этом выходной сигнал адаптивной антенны приближается по среднеквадратичному критерию к опорному сигналу, а любой принимаемый сигнал (помеха), отличающийся от опорного сигнала, воспринимается как сигнал ошибки и система обратной связи регулирует весовые коэффициенты так, чтобы устранить его из выходного сигнала. В результате в направлении прихода этого сигнала (помехи) в процессе адаптации формируется нуль диаграммы направленности антенны. Схемы взвешивания опорного сигнала и второй блок корреляционной обработки предназначены для устранения компонентов полезного сигнала из сигнала ошибки путем корреляции опорного сигнала с полезным. При этом полезный сигнал, максимально скоррелированный с опорным сигналом, на выходе схемы вычитания подавляется. Схемы взвешивания принимаемого сигнала и первый блок корреляционной обработки совсем не дают отклика на компоненту полезного сигнала, тем самым предотвращая потери полезного сигнала на выходе адаптивной антенны.

Недостатком прототипа является малое быстродействие достижения требуемого отношения сигнала/помеха+шум, определяемое временем сходимости алгоритма адаптации. Особенно существенно недостаток проявляется при нестационарной помеховой обстановке.

Целью изобретения является повышение быстродействия достижения требуемого отношения сигнал/помеха+шум.

Это достигается тем, что в известную ААР, содержащую последовательно соединенные первый сумматор, блок опорного сигнала, блок взвешивания опорного сигнала, блок вычитания и первый блок корреляционной обработки, второй блок корреляционной обработки, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу схемы вычитания и к первому входу блока взвешивания опорного сигнала, к второму входу которого подключен выход второго блока корреляционной обработки, N идентичных антенных элементов, N блоков взвешивания принимаемого сигнала, выходы и первые входы которого соединены соответственно с соответствующими входами первого сумматора и с соответствующими выходами первого блока корреляционной обработки, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих идентичных антенных элементов и вторым входам соответствующих блоков взвешивания принимаемого сигнала, при этом выход первого сумматора соединен с вторым входом блока вычитания, дополнительно введены инвертор и второй сумматор, первый и второй входы которого подключены к выходу инвертора, вход которого подключен к выходу блока вычитания, при этом выход второго сумматора является выходом адаптивной антенной решетки.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: инвертора и дополнительного сумматора, связанного указанным образом с остальными элементами. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что применение инверторов и сумматоров для компенсации помех широко известно. Однако введение инвертора и сумматора в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство для компенсации сигнала ошибки приводит к уменьшению времени вхождения в связь при реализации алгоритма МСКО. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема заявляемой ААР.

ААР содержит последовательно соединенные первый сумматор 3, блок 6 опорного сигнала, блок 7 взвешивания опорного сигнала, блок 4 вычитания и первый блок 5 корреляционной обработки, второй блок 9 корреляционной обработки, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу схемы 4 вычитания и к первому входу блока 7 взвешивания опорного сигнала, к второму входу которого подключен выход второго блока 8 корреляционной обработки, инвертор 9, второй сумматор 10, N идентичных антенных элементов 11 (i - 1, N, N блоков взвешивания принимаемого сигнала 2i (i = 1, N), выходы и первые входы которых соединены, соответственно с соответствующими входами первого сумматора 3 и с соответствующими выходами первого блока 5 корреляционной обработки, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих идентичных антенных элементов 1i и вторым входам соответствующих блоков 21 взвешивания принимаемого сигнала, при этом выход первого сумматора 3 соединен с вторым входом блока 4 вычитания и первым входом второго сумматора 10, второй вход которого подключен к выходу инвертора 9, вход которого подключен к выходу блока 4, при этом выход второго сумматора 10 является выходом адаптивной антенной решетки.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на входе антенных элементов 1i действуют полезный сигнал, мешающий сигнал и случайный шум, причем направления полезного и мешающего сигналов различны. В этом случае на выходе сумматора 3 S(t) = α(k) Sd(t) + β(k) Si(t) + γ(k) n(t), где Sd(t) - полезный сигнал; Si(t) - мешающий сигнал; n(t) - случайный шум; α(k), β(k), γ(k) - коэффициенты, представляющие совокупное влияние блоков взвешивания принимаемого сигнала 2i на k - том шаге адаптации ААР.

Сигнал S(t) поступает на первый вход блока 4, на второй вход которого подается опорный сигнал R(t), максимально скоррелированный с полезным сигналом R(t) = α(k) Sd(t) Корреляция осуществляется с помощью блока корреляционной обработки 8 и блока 7 взвешивания опорного сигнала. Блок взвешивания опорного сигнала автоматически регулирует амплитуду и фазу опорного сигнала, формируемого блоком 6.

На выходе блока вычитания 4 образуется сигнал ошибки ε(t) = S(t)-R(t) = β(k) Si(t) + γ(k) n(t) который подается на соответствующий вход блока 5 и на вход инвертора 9. Блок 5 осуществляет минимизацию среднего квадрата сигнала ошибки (t) ≈ β²(k)S²_i(t)+γ²(k)n²(t), т.е. максимизирует ОСПШ на выходе сумматора 3 путем установки оптимальных весовых коэффициентов ω_i схем взвешивания принимаемого сигнала.

Сумматор 10 осуществляет сложение инвертированного сигнала ошибки β(t) с сигналом S(t). Результирующий сигнал на выходе сумматора 10 S_Σ(t)= S(t)+[-ε(t)]=α(k)Sd(t)+Δn(t), где Δn(t) - результат сложения некоррелированных шумов, действующих на входах сумматора.

Очевидно, что в результирующем сигнале отсутствует мешающий сигнал независимо от того, на каком шаге адаптации находится ААР. Каждый шаг адаптации приводит лишь к увеличению составляющей полезного сигнала.

Таким образом, при применении изобретения в качестве антенной системы радиоприемных устройств имеет место по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототипом) повышение быстродействия достижения требуемого отношения сигнал/помеха+шум, что особенно важно при нестационарной помеховой обстановке.

Формула изобретения

АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, блок опорного сигнала, блок взвешивания опорного сигнала, блок вычитания и первый блок корреляционной обработки, второй блок корреляционной обработки, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу схемы вычитания и первому входу блока взвешивания опорного сигнала, к второму входу которого подключен выход второго блока корреляционной обработки, N идентичных антенных элементов, N блоков взвешивания принимаемого сигнала, выходы и первые входы которых соединены соответственно с соответствующими входами первого сумматора и соответствующими выходами первого блока корреляционной обработки, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих идентичных антенных элементов и вторым входам соответствующих блоков взвешивания принимаемого сигнала, при этом выход первого сумматора соединен с вторым входом блока вычитания, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия достижения требуемого отношения сигнал/помеха+ шум, введены инвертор и второй сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу первого сумматора и выходу инвертора, вход которого подключен к выходу блока вычитания, при этом выход второго сумматора является выходом адаптивной антенной решетки.

РИСУНКИ

Рисунок 1