Способ подавления произвольно поляризованных помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации адаптивной антенной решеткой

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах связи при приеме электромагнитной волны круговой поляризации поля адаптивной антенной решеткой в условиях воздействия преднамеренных и непреднамеренных помех произвольной поляризации. Техническим результатом является повышение отношения сигнал/помеха при приеме за счет подавления произвольно поляризованных помех. Подавление помех предполагает прием электромагнитной волны круговой поляризации с помощью антенной решетки, деление сигналов с выходов идентично ориентированных вибраторов, образующих четыре подрешетки, на пять сигналов, обработку одного из этих сигналов для каждой подрешетки в адаптивном процессоре, образование с помощью остальных четырех сигналов от каждой подрешетки четырех одинаковых каналов, в каждом из которых присутствуют все выходные сигналы от каждой из четырех подрешеток, формирование в каждом канале суммарных сигналов от всех подрешеток с весовыми коэффициентами, вычисление среднего выходного сигнала в каждом канале и определение невязок выходных сигналов каждой подрешетки и среднего сигнала в каждом канале, проведение попарного деления невязок в каналах, для определения весовых коэффициентов в которых использовались выходные сигналы подрешеток с ортогональными вибраторами, выбор четырех суммарных сигналов того канала, которому соответствует максимальная невязка, и использование выбранных четырех суммарных сигналов для формирования опорных сигналов, обеспечивающих определение угла ориентации тангенциальной составляющей напряженности поля помехового сигнала относительно ориентации аналогичной компоненты опережающего полезного сигнала с формированием четырех сигналов, для компенсации помех и суммированием выровненных по фазе откорректированных сигналов для образования выходного сигнала антенной решетки. 4 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах связи при приеме волн круговой поляризации поля адаптивной антенной решеткой в условиях воздействия преднамеренных и непреднамеренных произвольно поляризованных помех, в том числе помех, подобных по спектру полезному сигналу.

Известны способы для борьбы с преднамеренными помехами, основанные на расширении спектра принимаемого сигнала, использовании антенн с узкими диаграммами направленности, разнесенном приеме и адаптивном приеме с исключением пораженных помехой элементов [1]. Достижимый положительный эффект определяется выигрышем от обработки сигналов при приеме и передаче, совместного использования кодов и схем разнесенного приема, а также методов адаптивного приема, при котором в направлении помехи обеспечивают максимальное снижение потока мощности при максимальном увеличении чувствительности в направлении прихода полезного сигнала. К недостаткам перечисленных способов относятся их низкая эффективность из-за того, что преднамеренные помехи в процессе работы могут изменять как структуру, так и уровень, и в каждой конкретной помеховой ситуации существует априорная неопределенность относительно периода следования, амплитуды помехи. Кроме того, большинство способов для своей реализации требует использования либо нескольких антенн, либо антенных решеток.

Известны способы разнесенного приема сигналов, обеспечивающие максимизацию отношения сигнал/шум+помеха: разнесенный прием с коммутацией ветвей разнесения, когерентное сложение сигналов с восстановлением несущей частоты или с использованием отдельного пилот-сигнала. Достоинством способов разнесенного приема сигналов является их более высокая помехоустойчивость. Их целесообразно использовать для ослабления влияния многолучевости [2, с.303-435]. К недостаткам указанных способов следует отнести возможность их работы только с полезными сигналами линейной поляризации.

Известен способ разнесенной передачи и приема двух ортогонально поляризованных волн [2, с.120-124], основанный на излучении двух ортогонально поляризованных волн близко расположенными антеннами, например, вертикальными электрическим и магнитным диполями, на независимом приеме излученных электромагнитных колебаний и их последующей обработке. Так как излучаемая мощность распределена одинаково в двух различных плоскостях поляризации, то в системе с поляризационной селекцией по сравнению с системой, в которой осуществляется прием на пространственно разнесенные антенны, наблюдается среднее уменьшение мощности на 3 дБ, что является недостатком известного способа [2, с.121].

Известен способ поляризационной селекции помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации, описанный в [3] и реализованный в устройстве [4]. Способ разработан для повышения эффективности приема-передачи электромагнитных волн при работе на низких и средних углах места. Способ основан на независимом приеме компонент электромагнитной волны ортогональной парой вибраторов, образующей турникетную антенну, формировании опорного и разностного сигналов, задержке опережающего сигнала на π/2 в соответствии с направлением вращения поляризационного эллипса полезного сигнала и формировании выходного сигнала в виде суммы опорного и разностного сигналов. Получаемое при реализации этого способа решение, несмотря на обеспечение коэффициента эллиптичности, близкого к единице, при низких и средних углах места, не является оптимальным, поскольку не учитываются помеховые сигналы, а вводимое ослабление сигналов в трактах излучателей для выравнивания амплитуд сигналов снижает помехоустойчивость приемной системы. Следует отметить, что поляризационные эффекты в атмосфере, приводящие к возникновению кросс-поляризационной составляющей, при реализации данного способа не учитываются. Между тем их влияние приводит к уменьшению амплитуды полезного сигнала и увеличению помех.

Известен способ подавления помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации биортогональной антенной системой, в том числе и помех, подобных по спектру полезному сигналу, реализованный в устройстве [5]. Он основан на независимом приеме биортогональной антенной системой ортогонально поляризованных компонент поля, представляющего собой сумму полей полезного сигнала и сигнала помехи, преобразовании указанных компонент, приеме помехового сигнала линейно поляризованной антенной, ортогональной апертуре биортогональной антенной системы, формировании опорного комплексно-взвешенного сигнала, компенсации помехового сигнала, выравнивании амплитуд и фаз сигналов, соответствующих ортогональным компонентам полезного сигнала, и образовании выходного сигнала биортогональной антенной системы на основе суммирования разностных сигналов. При реализации данного способа могут быть подавлены помехи, подобные по спектру полезному сигналу. Недостатком известного способа является ограниченность направлений прихода помехового сигнала, так как при его реализации эффективно подавляются помехи, направления прихода которых близки к нормали к раскрыву биортогональной антенной системы. Кроме того флуктуации амплитуд помехи и полезного сигналов ухудшают возможность компенсации помехи.

Более близким по технической сущности к заявляемому способу является способ подавления помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации биортогональной антенной системой, предложенный в [6]. Он состоит в том, что осуществляют прием электромагнитной волны круговой поляризации с помощью двух ортогональных антенных систем, развернутых относительно друг друга на угол π/4, формируют из четырех преобразованных сигналов с выходов элементов биортогональной антенной системы четыре опорных сигнала, которые попарно пропорциональны тангенциальным составляющим напряженности электромагнитного поля, выравнивают во времени девять отсчетов опорных сигналов в течение времени, равного 3Т/8, через промежутки времени, равные Т/8, где Т - период несущего колебания, формируют десять разностных сигналов Δ_i (i=1, 2,...,10) путем вычитания выровненных во времени отсчетов опорных сигналов, находят четыре совокупности гипотетических реализаций помехового сигнала, предполагая, что тангенциальная составляющая напряженности поля помехового сигнала ориентирована для каждой совокупности гипотетических реализации под углом α=-π/4,0, π/4 и π/2 соответственно к тангенциальной составляющей электромагнитного поля опережающего опорного сигнала, оценивают достоверность каждой из четырех гипотез и выбирают наиболее достоверную из них путем формирования совокупности гипотетических разностных сигналов и получения невязок между гипотетическими и разностными сигналами Δ_i, формируют четыре компенсирующих сигнала, соответствующих выбранной гипотезе, компенсируют помеховые сигналы путем вычитания четырех компенсирующих сигналов из опорных сигналов, образуя четыре откорректированных сигнала, производят выравнивание по фазе откорректированных сигналов в каждой из пар, задерживая опережающий сигнал на четверть периода несущего колебания, и между парами, задерживая на восьмую часть периода несущего колебания сигнал второй ортогональной антенной системы, являющийся опережающим, суммируют сигналы в каждой из пар и между парами, образуя выходной сигнал биортогональной антенной системы.

Недостатком известного способа является то, что чем больше приближен помеховый сигал по поляризационной структуре к круговой поляризации, тем к большим ошибкам это приводит при принятии решения о положении тангенциальной составляющей напряженности поля источника помехи, так как суммарные величины помехового и полезного сигналов эллиптической поляризации на каждом вибраторе биортогональной антенной системы будут близкими.

Предлагаемый способ направлен на устранение перечисленных недостатков известных способов и повышение отношения сигнал/помеха при приеме электромагнитной волны круговой поляризации за счет подавления произвольно поляризованных помех.

Рассмотрим существо предлагаемого способа.

Как и в прототипе, осуществляют прием электромагнитной волны круговой поляризации, преобразуют принятые сигналы и формируют четыре опорных сигнала. Используя опорные сигналы, определяют угол ориентации тангенциальной составляющей вектора напряженности поля, создаваемого источником помехи относительно ориентации тангенциальной составляющей электромагнитного поля опережающего опорного сигнала, формируют четыре компенсирующих сигнала и после компенсации помехи выполняют суммирование выровненных по фазе откорректированных сигналов, образуя выходной сигнал антенны. Однако, в отличие от прототипа, осуществляют прием электромагнитной волны круговой поляризации с помощью антенной решетки, каждый излучатель которой представляет собой совокупность четырех вибраторов, попарно образующих ортогональные системы, развернутые относительно друг друга на угол 45°. Кроме того, в отличие от способа прототипа, перед операцией формирования четырех опорных сигналов производят предварительную обработку принятых антенной решеткой сигналов, связанную с делением каждого из сигналов с выходов идентично ориентированных вибраторов, образующих четыре подрешетки, на пять сигналов, один из которых для каждой подрешетки подают на вход одного из четырех адаптивных процессоров, определяющих оптимальные весовые коэффициенты по критерию, максимизирующему отношение сигнал/помеха, с использованием остальных четырех сигналов от каждой подрешетки образуют четыре одинаковых канала, в каждом из которых присутствуют все выходные сигналы от каждой из четырех подрешеток, в каждом канале формируют суммарные сигналы от всех подрешеток с весовыми коэффициентами, найденными в соответствующем адаптивном процессоре, вычисляют средний выходной сигнал в каждом канале и определяют невязки выходных сигналов каждой подрешетки и среднего сигнала в каждом канале, производят попарное деление невязок в каналах для определения весовых коэффициентов, в которых использовались выходные сигналы подрешеток с ортогональными вибраторами, выбирают четыре суммарных сигнала того канала, которому соответствует максимальная невязка, и используют выбранные четыре суммарных сигнала для формирования четырех опорных сигналов, которые попарно пропорциональны тангенциальным составляющим напряженности электромагнитного поля.

Сравнительный анализ заявленного способа и способа - прототипа показывает, что заявленный способ отличается тем, что изменена совокупность действий:

введены следующие действия:

1) деление на пять сигналов, поступающих с выходов идентично ориентированных вибраторов, образующих четыре подрешетки, 2) обработка одного из сигналов для каждой подрешетки, полученных после операции деления на пять, в одном из четырех адаптивных процессоров, определяющих оптимальные весовые коэффициенты по критерию, максимизирующему отношение сигнал/помеха, 3) образование с помощью остальных четырех сигналов от каждой подрешетки четырех одинаковых каналов, в каждом из которых присутствуют все выходные сигналы от каждой из четырех подрешеток, 4) формирование в каждом канале суммарных сигналов от всех подрешеток с весовыми коэффициентами, найденными в соответствующем адаптивном процессоре, 5) вычисление среднего выходного сигнала в каждом канале, 6) определение невязок выходных сигналов каждой подрешетки и среднего сигнала в каждом канале, 7) проведение попарного деления невязок в каналах, для определения весовых коэффициентов в которых использовались выходные сигналы подрешеток с ортогональными вибраторами, 8) выбор четырех суммарных сигналов того канала, которому соответствует максимальная невязка, и использование выбранных четырех суммарных сигналов для формирования четырех опорных сигналов, которые попарно пропорциональны тангенциальным составляющим напряженности электромагнитного поля;

кроме того, изменен порядок выполнения действий во времени.

Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг.1.

На фиг.2 показаны коэффициенты эллиптичности суммарного сигнала помех, формируемого на выходах вибраторов в излучателях адаптивной антенной решетки, развернутых относительно друг друга на угол 45°.

На фиг.3 показаны коэффициенты эллиптичности суммарного сигнала помех, образующегося в одном из каналов устройства, реализующего адаптивную обработку принятых сигналов с выхода антенной решетки, состоящей из четырех ортогональных излучателей, развернутых относительно друг друга на угол 45°.

На фиг.4 показаны коэффициенты эллиптичности суммарного сигнала помех в одном из каналов устройства, реализующего адаптивную обработку принятых сигналов с выхода антенной решетки, состоящей из восьми ортогональных излучателей, развернутых относительно друг друга на угол 45°.

Рассмотрим предлагаемый способ подавления произвольно поляризованных помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации адаптивной антенной решеткой. С учетом структурной схемы устройства подавления помех, представленной на фиг.1, проведем теоретическое обоснование предлагаемого способа.

Как известно, среда и сама антенна в подавляющих случаях линейно взаимодействуют с сигналом и помехой. Любая антенна, являясь резонансной системой, осуществляет частотную селекцию полезного сигнала. При этом основная доля энергии полезного сигнала приходится на достаточно узкую полосу частот, составляющие которой близки к рабочей (резонансной) частоте антенны. Поэтому, с целью упрощения выкладок, будем полагать, что помеха аддитивна и взаимодействие помехи и сигнала осуществляется на частоте сигнала и, следовательно, все преобразования будем рассматривать относительно комплексных амплитуд сигналов и помех.

В случае воздействия на антенную систему совокупности помех различной поляризации суммарный сигнал помех в большинстве случаев может иметь эллиптическую поляризацию. В данном сигнале ортогональные составляющие компонент напряженности электромагнитного поля помехи при обработке способом прототипом, как отмечено ранее, не могут быть подавлены. Если же на направления воздействия помех сформировать нули, то одну из компонент напряженности электромагнитного поля помехового сигнала можно значительно ослабить. В результате этого, эллипс суммарного сигнала помех примет более вытянутую форму, так как будет приближен по поляризационной структуре к линейно поляризованному. Такой суммарный сигнал помех достаточно легко можно скомпенсировать, используя преобразования способа прототипа.

Рассмотрим антенную решетку, каждый излучатель которой представляет собой совокупность четырех вибраторов, попарно образующих ортогональные системы, развернутые относительно друг друга на угол 45°. Расстояние между центрами ортогональных систем электрических вибраторов известно.

Пусть каждый симметричный вибратор осуществляет независимый прием сигнала круговой поляризации, приходящего с направления (θ, ϕ). При этом направление вращения поляризационного эллипса полезного сигнала является заданным. Обозначим сигналы на входе каждого из вибраторов, u₁, u₂,..., u_Z (здесь нижний индекс определяется номером симметричного вибратора, Z - общее количество вибраторов в антенной решетке). Идентично ориентированные вибраторы антенной решетки принимают N сигналов u₁, u₂,..., u_N, образуя одну из подрешеток, где N=Z/М, М=4 и определяет количество подрешеток с идентично ориентированными вибраторами. Все принятые вибраторами сигналы делятся на пять, образуя таким образом 5·N·М - сигналов

где верхний индекс в скобках соответствует порядковому номеру одинаковых сигналов с вибраторов после операции деления. Далее происходит обработка этих сигналов одинаково для каждой подрешетки. Сигналы первой подрешетки обрабатываются в первом из четырех адаптивных процессоров, определяющем оптимальные весовые коэффициенты по критерию, максимизирующему отношение сигнал/помеха [7]. Аналогично, для трех остальных подрешеток определяются коэффициенты (где номер верхнего индекса соответствует номеру адаптивного процессора), с использованием сигналов , и . Остальные сигналы первой подрешетки , , , операцией взвешенного суммирования соответственно с весовыми коэффициентами и образуют суммарные сигналы и

Аналогично, для остальных подрешеток определяются сигналы и , индекс соответствует номеру подрешетки.

Для данных суммарных сигналов, полученных после взвешенного суммирования с найденными коэффициентами в адаптивном процессоре, подобрано амплитудно-фазовое возбуждение таким образом, чтобы на направления воздействия помех были сформированы нули.

С использованием найденных сигналов формируются четыре канала, первый нижний индекс у коэффициентов соответствует номеру канала. Для дальнейшей обработки принятых антенной решеткой сигналов используются только четыре сигнала одного канала, максимальная величина амплитудно-фазового возбуждения которых позволяет сформировать на направления помех нули. Чтобы определить номер такого канала, проведем анализ сигналов всех четырех каналов. Для этого в каждом канале с использованием сигналов вычисляют средние выходные сигналы

Затем в каждом канале определяют невязки d₁, d₂, d₃, и d₄ выходных сигналов и среднего сигнала в каждом канале

Полученные выражения используются для определения весовых коэффициентов β_i, позволяющих оценить величины невязок в каждом канале

где индекс весовых коэффициентов соответствует номеру канала.

Далее из весовых коэффициентов выбирается один, имеющий максимальную величину β^*=max(β_i).

Таким образом, коэффициенту β^* будет соответствовать максимальная невязка, свидетельствующая о выбранном канале с суммарными сигналами (номера индексов коэффициентов β_i и d_i совпадают). В данных сигналах значительно подавлена одна из составляющих напряженности электромагнитного поля суммарного помехового сигнала. Теперь основную часть составляющей помехового сигнала, приближенного по поляризационной структуре к линейной, можно скомпенсировать с помощью компенсатора помех способа-прототипа. Для этого выбранные четыре суммарных сигнала (индекс k соответствует номеру канала) преобразуем попарно в четыре опорных сигнала и , пропорциональные тангенциальным составляющим напряженности электромагнитного поля. Совокупность заключительных операций и их последовательность аналогичны способу-прототипу [6].

Данное преобразование с учетом введенной системы координат для симметричных электрических вибраторов может быть представлено в виде [6]:

Так как направление вращения поляризационного эллипса является заданным, то будем полагать, что при отсутствии помех сигнал отстает от сигнала на четверть периода несущего колебания, а сигналы , отстают от соответствующих сигналов пары , на восьмую часть периода несущего колебания. Такое допущение не нарушает общности рассуждений.

В момент времени t принимаемые при отсутствии помех сигналы описываются выражениями вида

где Т - период несущего колебания; u₀(t) - зависимость полезного сигнала во времени.

Через интервал времени эти же сигналы примут вид

Для моментов времени и аналогичные зависимости будут иметь вид

соответственно.

Анализ выражений (13)-(16) позволяет выделить девять пар сигналов, амплитуды которых будут при отсутствии влияния помеховых сигналов равны, т.е. могут быть записаны следующие выражения

При наличии помеховых сигналов данные равенства нарушаются, так как на каждый из четырех опорных сигналов и помеховые сигналы воздействуют по-разному.

Пусть теперь на рабочей (или близкой к ней) частоте антенны действует помеховый сигнал n(t). Предположим, что данный сигнал является линейно поляризованным, и тангенциальная составляющая вектора напряженности ориентирована относительно тангенциальной составляющей опережающего опорного сигнала (применительно к рассматриваемому случаю относительно тангенциальной составляющей сигнала ) под углом .

Тогда в первый момент времени воздействие помехового сигнала на принимаемые сигналы, используемые в выражениях (17)-(19), можно описать с помощью выражений вида

В моменты времени , и аналогичные выражения будут иметь следующий вид

Найдем десять разностных сигналов Δ_i(i=1, 2,..., 10), получаемых вычитанием отсчетов двух сигналов с компенсацией взаимного влияния, амплитуды полезных сигналов которых при отсутствии помех равны:

Из анализа выражений (20)-(28) следует, что полученные разностные сигналы не зависят от параметров полезного сигнала и определяются только параметрами помехи. Если предположить, что угол α между тангенциальными составляющими напряженности электромагнитного поля помехи и опережающего опорного сигнала известен, то на основании выражений (20)-(28) может быть записана система из десяти линейных уравнений, в которых неизвестными будут четыре отсчета помехового сигнала: n(t), Получаемая система уравнений является переопределенной. При этом можно утверждать, что если параметр α известен точно, то найденное решение должно будет удовлетворять всем уравнениям, даже в том случае, когда для определения n(t), использовалась только часть уравнений. Это позволяет использовать часть уравнений для решения системы, а часть - для проверки полученного решения.

Найдем решения системы уравнений для четырех гипотез: и . Выбор только данных углов обусловлен тем, что для произвольных значений α часть из полученных уравнений становится линейно зависимой, в результате проверить получаемое решение не удается. На основании выражений (20)-(28) для получим (таблица 4 в [6]):

Пусть теперь , тогда аналогично (таблица 3 в [6]) можно определить n(t), , :

Отсутствие составляющей шума для данной гипотезы нетрудно уяснить, если принять во внимание соотношение (28) комбинации сигнала и шума. Как видно из этого соотношения, при эта составляющая шума исчезает, т.к.

Для α=0 аналогичные выражения будут иметь вид (таблица 2 в [6]):

Наконец, для найдем (таблица 1 в [6]):

В правой части выражений (29)-(43) стоят линейные комбинации разностных сигналов, получаемые на основе сохраняемых отсчетов опорных сигналов, в левой части - отсчеты помехового сигнала, соответствующие одной из четырех гипотез. Подставим найденные для каждой из гипотез параметры помехового сигнала в выражения (16)-(24), после чего найдем гипотетические разностные сигналы (i=1, 2,..., 10).

Если одна из гипотез верна, то ее гипотетические разностные сигналы совпадут с соответствующими разностными сигналами. Если угол α близок к одному из четырех углов: то невязки между реальными разностными сигналами и соответствующими гипотетическими разностными сигналами будут меньше. Поэтому для вычисления невязок для каждой из гипотез в любой момент времени может использоваться формула вида

С учетом того, что случайные ошибки при определении амплитуд опорных сигналов могут приводить к ошибкам в определении невязок и, следовательно, к неправильному принятию решения при выборе гипотезы, результирующие невязки должны определяться после интегрирования за некоторый промежуток времени τ, т.е.

В результате сравнения невязок ε для каждой из четырех гипотез выбирается та, у которой величина ε - наименьшая. После выбора гипотезы получаем величину α и зависимость n(t), которые позволяют на основании выражений (20)-(22) при заданном направлении θ, ϕ прихода полезного сигнала скомпенсировать воздействие помех.

Работа устройства, функционирующего по предложенному способу, может быть проиллюстрирована с помощью фиг.1. Здесь блоки 1-4 структурно образуют антенную решетку, каждый излучатель которой представляет собой совокупность четырех вибраторов, попарно образующих ортогональные системы, развернутые относительно друг друга на угол 45°. Смесь полезного сигнала и помехи принимается независимо плечами вибраторов, разнесенных поблочно в первую, вторую, третью и четвертую подрешетки. Все выходные сигналы вибраторов u₁, u₂,..., u_Z делятся на пять. После чего первые из пяти сигналов , , и образованных после деления на пять, поступают в блоки 5-8 адаптивных процессоров, причем сигналы каждой подрешетки поступают в свой процессор. Остальные сигналы по четыре с каждой подрешетки , , , , образованных после деления на пять каждого выходного сигнала, поступают в блоки 9-24 суммирования таким образом, что в сформированных четырех каналах содержатся выходные сигналы со всех подрешеток. Кроме того, в блоки 9-24 поступают найденные весовые коэффициенты и с блоков 5-8, - в блоки 9-12 первого канала, - в блоки 13-16 второго канала и т.д. В результате, после взвешенного суммирования в блоках 9-24 на их выходах образуются суммарные сигналы и . В этих блоках для выходных сигналов с вибраторов выбираются найденные в адаптивном процессоре новые коэффициенты амплитудно-фазового распределения, позволяющего сформировать нули в направлениях воздействия помех. Далее для каждого канала определяется суммарный сигнал S_i - в блоках 25, 27, 29 и 31 определения средних сигналов. Данные сигналы используются для вычисления невязок d_j с выходными сигналами в блоках 26, 28, 30 и 32 определения невязок. Затем найденные невязки d₁, d₃ и d₂, d₄ поступают соответственно в блоки 33 и 34 попарного деления, в которых формируются коэффициенты и . Снятые с выходов блоков 33, 34 сигналы подаются на входы решающего блока 37 непосредственно и через инверторы 35, 36, т.е. на входах решающего блока 37 присутствуют четыре значения β_j для каждого канала, которые поступают в блок 37. В блоке 37 выбирается коэффициент β^*, имеющий максимальное значение. Такой коэффициент свидетельствует о том, что в канале сформированы нужные сигналы с точки зрения выбора по критерию, максимизирующему отношение сигнал/помеха. С выхода блока 37 в блок 38 компенсации помех поступает сигнал выбора конкретной четверки сигналов одного из каналов и , также подведенных ко входу данного блока. Затем выбранные сигналы одного канала обрабатываются в блоке 38 компенсации помех, состав блоков которого соответствует устройству, реализующему способ-прототип. После чего формируется выходной сигнал с компенсацией помех.

Адаптивные процессоры 5-8 могут быть выполнены по одной из известных схем, описанных, например, в [7, с.358, рис.11.5].

Блоки суммирования 9-24, 25, 27, 29 и 31 могут быть реализованы на основе стандартных устройств взвешенного суммирования сигналов.

Блоки 26, 28, 30 и 32 определения невязок могут быть построены, как и в [6], на основе усилителей с заданными коэффициентами усиления, устройств инвертирования, суммирования, квадраторов и интеграторов.

Блоки 33 и 34 попарного деления, как и блоки 35, 36 инвертирования, относятся к стандартным устройствам.

Решающий 37 блок может содержать компараторы и логические элементы, на выходе которых выбирается коэффициент β^*, соответствующий максимальному из входных сигналов значению. Решающий блок также включает кодирующий блок, на выходе которого формируется параллельный код, соответствующий выбранному значению β^*. Блок 38 компенсации помех соответствует набору блоков устройства, реализующего способа-прототипа, и обеспечивает формирование выходного сигнала с компенсацией помех. Он включает устройства инвертирования и суммирования, линии задержки и устройства попарного суммирования сигналов.

Для оценки эффективности предложенного способа были проведены численные исследования, в ходе которых оценивалась величина вероятности ошибки при передаче символа в канале связи за заданный интервал времени к максимальной ошибке, получаемой в случае отсутствия компенсации помех. Для вычисления данного показателя использовано выражение вида [8]:

где r - коэффициент корреляции между выходным сигналом и зависимостью u₀(t); h - отношение сигнал/помеха; F(x) - функция Крампа, рассмотренная в [9] и описываемая зависимостью:

Обработка сигналов, принимаемых вибраторами антенной решетки, проведена с использованием предложенного адаптационного алгоритма. Найденные сигналы в процессе адаптации обрабатываются как способом-прототипом, так и с помощью обычного синфазного суммирования. Затем проводится численная оценка реализации способа-прототипа и обычного синфазного суммирования.

Рассмотрим случай воздействия на антенную решетку трех помех линейной поляризации при приеме электромагнитной волны круговой поляризации. Пусть с направления нормали приходит полезный сигнал круговой поляризации u(t). Углы наклона поляризационных эллипсов помеховых сигналов n₁(t), n₂(t) и n₃(t), приходящих с направлений θ₁=49°, θ₂=29° и θ₃=-51°, соответственно равны 0°, 90° и 45°. Мощности помеховых сигналов в четыре раза больше мощности полезного сигнала и равны между собой.

Коэффициенты эллиптичности K_e суммарного помехового сигнала, как правило эллиптической поляризации, принятого ортогональными излучателями, образованными вибраторами первой, третьей и второй, четвертой подрешеток, геометрически представлены на фиг.2, где K₁=0,47, К₂=0,3 характеризуют суммарный сигнал помехи, формирующийся на ортогональных излучателях, образованных вибраторами первой, третьей и второй, четвертой подрешеток соответственно. После предварительной адаптационной обработки выходных сигналов антенной решетки K_e суммарного помехового сигнала имеет форму, как и на фиг.3, 4. Обозначения соответствуют предыдущим фигурам, а отличие заключается в количестве вибраторов подрешеток: на фиг.3 К₁=0,05 и К₂=0,1 формируется тремя излучателями, а на фиг.4 К₁=0,03 и К₂=0,05 - шестью. Из полученных значений коэффициентов эллиптичности можно сделать вывод о том, что увеличение числа излучателей в антенной решетке и предложенная адаптационная обработка сигналов позволяют практически полностью подавить одну из компонент напряженности электромагнитного поля суммарного сигнала помехи и тем самым преобразовать помеху эллиптической поляризации к линейному виду. Это связано с тем, что предлагаемый адаптационный алгоритм формирует нули в некоторых направлениях воздействия помех, причем во всех четырех каналах на фиг.1 образуются разные амплитудно-фазовые распределения смеси полезного сигнала и помехи. Затем для обработки выбираются четыре сигнала одного из каналов, как было описано ранее, с амплитудно-фазовым распределением, удовлетворяющим заданному критерию. В данном примере выбирается третий канал, причем при числе излучателей в каждой подрешетке как с тремя, так и с шестью вибраторами.

Далее сравним численные результаты последующей обработки выбранных сигналов с помощью способа-прототипа и способа обычного синфазного суммирования при передаче одиночного символа в канале (46) для антенной решетки, состоящей из двенадцати симметричных вибраторов. В случае реализации способа-прототипа вероятность ошибки при передаче одиночного символа Р_ош=7,087·10^-9, а синфазное суммирование выходных сигналов после адаптационной обработки позволяет снизить вероятность ошибки лишь до значения Р_ош=4,174·10^-8. Из полученных результатов очевидно, что практически на порядок эффективность с точки зрения повышения помехоустойчивости канала связи при передаче одиночного символа лучше у способа-прототипа по сравнению с обычным синфазным суммированием. Это можно объяснить тем, что у способа обычного синфазного суммирования есть существенный недостаток, связанный с определением направления вращения поляризационного эллипса помехового сигнала, в отличие от способа-прототипа.

Таким образом, введение новых действий и изменение порядка выполнения во времени и в разных сочетаниях известных действий, обеспечивающих реализацию предлагаемого способа, позволяет достичь повышения отношения сигнал/помеха + шум при приеме электромагнитной волны круговой поляризации антенной решеткой, состоящей из ортогональных излучателей и повернутых один относительно другого на угол 45°, за счет подавления помех, имеющих различную поляризационную структуру.

Источники информации

1. Ли У. Техника подвижных систем связи: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1985. - С.357-373.

2. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ / Под ред. У.К.Джейса. Пер. с англ. Под ред. М.С.Ярлыкова и М.В.Чернякова. - М.: Связь, 1979. - 520 с.

3. Бабейко А.Л., Бовкун В.П., Брауде С.Я., Мень А.В., Сергиенко Ю.Ю. Интерферометр декаметрового диапазона радиоволн УРАН-1. - В кн.: Антенны. Под ред. А.П.Пистолькорса. - М.: Связь, 1979, вып.26, С.121-134.

4. Свид. 1376146 (СССР). Фазированная антенная решетка с круговой поляризацией поля / Э.П.Абракин, Л.Л.Базеян и А.И.Браженко // 1988, БИ №7.

5. Авт. свид. 1210167 (СССР). Адаптивное антенное устройство/ А.П.Родимов, И.В.Кривошеий, А.М.Мавродиев, С.В.Никитин и В.В.Никитченко // 1986, БИ №5 - Н01Q 21/28.

6. Патент 2235392 (Россия). Способ подавления помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации биортогональной антенной системой / Е.Н.Мищенко, С.Е.Мищенко, В.В.Шацкий // 2004, БИ №24 - Н01Q 3/26.

7. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986. - 448 с.

8. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. пособие для вузов / В.А.Борисов, В.В.Калмыков, Я.М.Ковальчук и др.; под ред В.В.Калмыкова. - М.: Радио и связь, 1990, 304 с.

9. Теория передачи сигналов: Учебник для вузов / Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. - М.: Связь, 1980. - 288 с.

Способ подавления произвольно поляризованных помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации адаптивной антенной решеткой, в том числе и помех, подобных по спектру полезному сигналу, основанный на том, что осуществляют прием электромагнитной волны круговой поляризации, преобразуют принятые сигналы и формируют четыре опорных сигнала, с использованием которых определяют угол ориентации тангенциальной составляющей вектора напряженности поля, создаваемого источником помехи относительно ориентации тангенциальной составляющей электромагнитного поля опережающего опорного сигнала, формируют четыре компенсирующих сигнала и после компенсации помехи выполняют суммирование выровненных по фазе откорректированных сигналов, образуя выходной сигнал антенны, отличающийся тем, что прием электромагнитной волны круговой поляризации осуществляют с помощью антенной решетки, каждый излучатель которой представляет собой совокупность четырех вибраторов, попарно образующих ортогональные системы, развернутые относительно друг друга на угол 45°, сигналы с выходов идентично ориентированных вибраторов, образующих четыре подрешетки, делят на пять сигналов, один из которых для каждой подрешетки подают на вход одного из четырех адаптивных процессоров, определяющих оптимальные весовые коэффициенты по критерию, максимизирующему отношение сигнал/помеха, с использованием остальных четырех сигналов, от каждой подрешетки, образуют четыре одинаковых канала, в каждом из которых присутствуют все выходные сигналы от каждой из четырех подрешеток, в каждом канале формируют суммарные сигналы от всех подрешеток с весовыми коэффициентами, найденными в соответствующем адаптивном процессоре, вычисляют средний выходной сигнал в каждом канале и определяют невязки выходных сигналов каждой подрешетки и среднего сигнала в каждом канале, производят попарное деление невязок в каналах, для определения весовых коэффициентов, в которых использовались выходные сигналы подрешеток с ортогональными вибраторами, выбирают четыре суммарных сигнала того канала, которому соответствует максимальная невязка, после чего выбранные четыре суммарных сигнала используют для формирования четырех опорных сигналов, которые попарно пропорциональны тангенциальным составляющим напряженности электромагнитного поля.