Способ адаптивного подавления пространственных помех

Изобретение относится к области радиоэлектроники. а именно к многоэлементным апертурным антеннам. Техническим результатом является обеспечение подавления помех при отсутствии априорной информации о направлениях их прихода без нарушения режима бесперебойного приема антенной системой рабочей информации. Способ адаптивного подавления пространственных помех состоит в том, что создают антенную систему, состоящую из плоской многоэлементной антенной решетки, антенных элементов, управляемых фазовращателей, сумматора сигналов и блока измерений, вычислений и управления, в зоне обзора ДH формируют массив контрольных угловых направлений, для каждого из которых определяют режекторное фазовое распределение поля в апертуре антенны, при котором обеспечивается формирование провала в ДП в этом направлении, не прерывая режима приема антенной системой рабочей информации, определяют угловые направления, в которых необходимо подавить помехи, для чего последовательно устанавливают в антенной решетке для каждого контрольного углового направления соответствующее режекторное фазовое распределение и выявляют направления, в которых формирование режекторного фазового распределения приводит к подавлению помехи, формируют массив контрольных угловых направлений, в которых выявлено подавление помех, и устанавливают в антенной решетке результирующее режекторное фазовое распределение, которое обеспечивает подавление помех во всех выявленных направлениях. 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в многоэлементных апертурных антеннах радиокомплексов наземного или космического базирования для адаптивного подавления приходящих на антенну внешних радиопомех (далее - помеха).

Известен способ адаптивного подавления помех в многоэлементной апертурной антенне. (Р.А.Монзинго, Т.У.Миллер, Адаптивные антенные решетки. М.: "Радио и связь", 1986 г., стр.78-89). При данном способе заданными величинами являются: диаграммы направленности (ДН) антенных элементов многоэлементной апертурной антенны, геометрические параметры взаимного расположения антенных элементов и значения комплексных коэффициентов передачи каждого антенного элемента. Априорные данные о величине и направлении прихода помехи не используются. Многоэлементную апертурную антенну переводят из режима приема рабочей информации в режим тестирования и осуществляют обзор пространства, дискретно изменяя направление главного лепестка ДН антенны, с общим числом реализуемых тестовых направлений, равным числу антенных элементов N. Для каждого направления ДН с номером направления - n на выходе многоэлементной антенны измеряют комплексную величину принимаемого сигнала U ˙ n , являющегося смесью суммарного полезного сигнала и помехи. По измеренным данным строят корреляционную матрицу U = ( U ˙ n U ˙ m ) , где U ˙ m - величина, комплексно сопряженная U ˙ m , а n, m=1, …, N. Путем математических вычислений по измеренной корреляционной матрице U определяют и устанавливают в антенных элементах под номерами i комплексные коэффициенты передачи k(U)i, где i=1,…, N, что обеспечивает подавление помехи при максимальном отношении сигнала к помехе.

К недостаткам данного способа относятся;

- необходимость перевода антенны из режима приема рабочей информации в режим тестирования на время подготовки к проведению процедуры подавления помех;

- необходимость проведения большого объема сложных и высокоточных измерений величин U ˙ n и рост числа измерений и вычислений с ростом числа антенных элементов;

- необходимость полного повторения процедур измерений и вычислений при изменении энергетических и пространственных характеристик помехи.

Признаки настоящего изобретения, совпадающие с признаками первого аналога:

- использование данных о параметрах многоэлементной антенной системы;

- определение и установка в антенных элементах величин комплексных коэффициентов передачи, обеспечивающих подавление помех.

Известен способ подавления помех (патент RU 2311708, 2006 г.) - наиболее близкий по технической сущности к патентуемому изобретению, который принят за прототип изобретения. В известном изобретении по заданной функции нормированного амплитудного распределения поля в плоской апертуре антенны ρ0(x, y) строится последовательность двумерных ортонормированных полиномов Pnm(x, y). По известным углам прихода помех (θq, φq), где q=1, 2, …, M, минимизируют функционал I = min n , m [ Σ C n m 2 + λ q f 0 2 ( θ q , ϕ q ) ] , где f 0 2 ( θ q , ϕ q ) - исходная энергетическая ДН антенны, λq - множители Лагранжа, находят значения Cnm - коэффициентов Фурье разложения функции фазового распределения поля в плоской апертуре антенны Ф(x, y) и определяют Ф(x, y) по формуле Ф ( x , y ) = k l m n C n m P n m ( x , y ) , где k - волновое число свободного пространства, 1 - максимальный линейный размер апертуры антенны. Реализуют Ф(x, y) в апертуре антенны, что обеспечивает формирование провалов в ДН в направлениях прихода помех.

К недостаткам известного изобретения относятся:

- необходимость получения данных о направлениях прихода помех от внешних источников информации;

- необходимость при изменении углов прихода помех (θq, φq) повторения вычислений в полном объеме.

Признаки настоящего изобретения, совпадающие с признаками прототипа:

- использование данных о геометрических параметрах плоской апертуры антенны и параметрах антенных элементов;

- использование массива двумерных ортонормированных полиномов Pnm(x, y);

- определение и установка в плоской апертуре антенны фазового распределения поля, обеспечивающего формирование провала в ДН в нужных направлениях.

Настоящее изобретение - способ адаптивного подавления пространственных помех решает задачи эффективного подавления внешней помехи и автономной оценки направлений на источники помех путем управления распределением фазы поля в апертуре многоэлементной антенной системы.

Технический результат настоящего изобретения - обеспечение подавления помех при отсутствии априорной информации о направлениях их прихода без нарушения режима бесперебойного приема антенной системой рабочей информации, внесение при подавлении помех минимальных потерь в главном направлении ДН, обеспечение адаптации процедуры подавления помех к изменению направления прихода помех, минимизации реального времени, затрачиваемого на подавление помех, и обеспечение автономной оценки направлений на источники помех.

Сущность патентуемого способа адаптивного подавления пространственных помех поясняется описанием примера его реализации и чертежами, на которых представлены:

Фиг.1. Схема многоэлементной апертурной антенны с избирательным управлением уровнями боковых лепестков ДН.

Фиг.2. ДН с подавленным первым боковым лепестком.

Фиг.3. ДН с подавленным вторым боковым лепестком.

Фиг.4. ДН с подавленным пятым боковым лепестком.

На фиг.1 введены следующие обозначения:

1 - антенная система, 1-1 - плоская многоэлементная антенная решетка; 1-1-1r - антенный элемент под номером r; 1-1-2r - управляемый фазовращатель антенного элемента под номером r; 1-2 - сумматор сигналов; 1-3 - блок измерений, вычислений и управления, UΣ - суммарный сигнал на выходе сумматора сигналов 1-2; К - внешняя команда на проведение процедуры подавления помех; Kr - команда блока измерений, вычислений и управления на установку в управляемом фазовращателе антенного элемента под номером r фазы Фr(xr,yr); Фr(xr, yr) - величина фазы управляемого фазовращателя 1-1-2r.

Способ адаптивного подавления пространственных помех в отсутствии априорной информации о направлении прихода помех включает создание антенной системы 1, в которую входят плоская многоэлементная антенная решетка 1-1, состоящая из антенных элементов 1-1-1r и управляемых фазовращателей 1-1-2r, сумматора сигналов 1-2 и блока измерений, вычислений и управления 1-3. Полезный сигнал и сигнал помехи поступают на антенные элементы 1-1-1r, с выхода которых их направляют через управляемые фазовращатели 1-1-2r в сумматор сигналов 1-2, на выходе которого получают UΣ - суммарный сигнал на выходе сумматора сигналов 1-2. UΣ направляют в блок измерений, вычислений и управления 1-3. По внешней команде К или периодически по программе блока измерений, вычислений и управления 1-3 в блоке измерений, вычислений и управления 1-3 автоматически проводят анализ характеристик UΣ, выявляют наличие или отсутствие в нем помех, вырабатывают и подают команды Kr на установку в управляемых фазовращателях 1-1-2r значений фаз Фr(xr,yr), обеспечивающих подавление помех. Суммарный сигнал UΣ через блок измерений, вычислений и управления 1-3 непрерывно транслируют в радиокомплекс.

Для антенной системы 1 известными являются: Ω(x, y) - область апертуры плоской многоэлементной антенной решетки 1-1, которая может быть различной (круг, эллипс, прямоугольная вырезка или несколько компланарных раскрывов, представляющих плоскую многосвязную область); N - общее число антенных элементов; xr, yr -координаты фазовых центров антенных элементов под номерами r, где r=1,…,N, Ф0(x, y) - функция исходного фазового распределения основой поляризационной составляющей напряженности поля в апертуре; Pnm(x, y) - множество ортонормированных гармоник, где (n, m) - номера гармоник; f 0 2 ( θ , ϕ ) - исходная энергетическая диаграмма направленности (ДН) с фиксированным направлением главного лепестка, где θ, φ - сферические координаты точки наблюдения; δп - пороговое значение индикатора помех δ.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение при любом фиксированном направлении главного лепестка ДН подавления пространственных помех при отсутствии информации о направлениях их прихода без нарушения режима приема антенной системой рабочей информации, минимизации реального времени, затрачиваемого на подавление помех, и автономной оценки направлений на источники помех.

Множество Pnm(x, y) - это гармоники разложения по известной методике (Суетин П.К., Ортогональные многочлены по двум переменным. М.: Наука, 1976 г., стр. xxx) функции ρ0(x, y) на области Ω(x, y), где ρ0(x,y) - нормированное относительно своего максимального значения в области Ω(x, y) известное для многоэлементной антенной решетки 1-1 амплитудное распределение основой поляризационной составляющей напряженности поля в апертуре Е0(x, y).

Индикатор помех δ характеризует влияние помех на качество UΣ. При конкретной реализации настоящего изобретения физический смысл индикатора помех δ определяется физическим содержанием параметра Q - характеристики качества сигнала UΣ, используемой в конкретном радиокомплексе. Например, в качестве Q могут использовать либо PΣ - мощность суммарного сигнала UΣ, либо pΣ - вероятность ошибок в UΣ, а в качестве индикатора помех δ могут использовать, соответственно, величину δ M = Δ P Σ P Σ 1 , равную величине изменения PΣ, или величину δ в = p Σ 1 p Σ 2 , равную величине изменения pΣ, которые регистрируют в ходе реализации патентуемого способа подавления помех, где Δ P Σ = P Σ 1 P Σ 2 , P Σ 1 P Σ без подавления помех, P Σ 2 P Σ при подавлении помех, p Σ 1 p Σ без подавления помех, p Σ 2 p Σ при подавлении помех. При наличии помехи ее подавление приводит к снижению PΣ или к уменьшению pΣ, что приводит к росту величин δM и δв. Превышение величиной δ порогового значения - δп означает, что в UΣ присутствует помеха. Пороговое значение δп определяют из тактико-технических требований к конкретному радиокомплексу.

Реализация способ адаптивного подавления пространственных помех делится на два этапа. На первом этапе единовременно создают и заносят в память блока измерений, вычислений и управления 1-3 массив вспомогательных данных. На втором этапе по внешним командам или по программе блока измерений, вычислений и управления 1-3 проводят необходимое число раз типовую процедуру выявления и подавления помех с использованием массива вспомогательных данных.

Работы первого этапа можно проводить предварительно. В реальном времени необходимо проводить только процедуру выявления и подавления помех, причем при ее повторении используют уже существующий массив вспомогательных данных. Такая структура реализации патентуемого изобретения обеспечивает минимизацию реального времени, затрачиваемого на подавление помех.

На этапе единовременного создания и занесения в память блока измерений, вычислений и управления 1-3 массива вспомогательных данных выполняют следующие операции.

Выделяют в боковых лепестках энергетической ДН f 0 2 ( θ , ϕ ) смежные по углу φ сектора и выбирают контрольные направления (θij, φij), соответствующие максимумам боковых лепестков в этих секторах, где i - номер бокового лепестка ДН, j - номер сектора в боковом лепестке. Из полученных (θij, φij) формируют массив контрольных угловых направлений, в которых будут выявлять наличие помех.

При конкретной реализации настоящего изобретения массив контрольных угловых направлений формируют исходя из конфигурации ДН антенной решетки 1-1 и целевого назначения радиокомплексов, в которых используется антенная система. Например, если ДН не имеет особых зон, логично делить боковые лепестки ДН по углу φ равномерно на J смежных угловых секторов с угловыми размерами секторов, приблизительно равными ширине боковых лепестков, а в качестве φij брать направления координатных лучей

φ i j = 360 J j ( у г л . г р а д . ) , где j=0, 1, 2,…, J, J = 360 Δ θ л , где Δθл - усредненная ширина бокового лепестка ДН, а в качестве θij брать значения θ, соответствующие максимуму бокового лепестка ДН под номером i в направлении φij, где i=1, 2,…, I, I - число боковых лепестков, учитываемых при анализе. Максимальный номер бокового лепестка i=I, учитываемого при анализе, выбирают, как правило, из энергетических соображений, например, из условия f 0 2 ( θ ( i + 1 ) j , ϕ i j ) f 0 2 < ε , где f 0 2 - величина энергетической ДН в главном направлении, а величина ε определяется тактико-техническими требованиями к радиокомплексу.

Для контрольных угловых направлений (θij, φij) формируют массивы режекторных наборов фаз для управляемых фазовращателей 1-1-2r, установка которых в фазовращателях обеспечивает формирование провалов в боковых лепестках ДН, т.е. подавление помех, в этих контрольных угловых направлениях.

Разлагают Ф0(x, y) в ряд Фурье по функциям Pnm(x, y), который представляют в виде Ф0(x, у)=Ф01(x, у)+Ф02(x, у), где Ф 01 ( x , y ) = k l [ C 01 0 P 01 ( x , y ) + C 10 0 P 10 ( x , y ) ] , Ф 02 ( x , y ) = k l m 2 n 2 C n m 0 P n m ( x , y ) , C n m 0 - коэффициенты Фурье разложения функции Ф0(x, y), l - максимальный линейный размер плоской многоэлементной антенной решетки 1-1, k - волновое число свободного пространства.

Составляющие ряда Фурье - Ф01(x, y), Ф02(x, y) в силу взаимной ортогональности являются независимыми друг от друга аддитивными фазовыми распределениями, т.е. изменения в одной составляющей не влияет на вид другой.

Составляющая Ф01(x, y) задает направление главного лепестка ДН. Поэтому для любого фиксированного направления главного лепестка ДН функцию Ф01(x, y) не меняют на всех этапах реализации патентуемого способа подавления помех.

Составляющая Ф02(x, y) определяет вид боковых лепестков. Поэтому для формирования провалов в боковых лепестках ДН в заданных направлениях управляют только составляющей Ф02(x, y).

Для каждого контрольного углового направления (θij, φij) путем минимизации функционала I i j = min n 2, m 2 [ Σ ( C n m i j ) 2 + λ i j f 0 2 ( θ i j , φ j ) ] , где λij - множители Лагранжа, n, m - номера гармоник Pnm(x,y), находят значения C n m i j - коэффициентов Фурье и рассчитывают функцию Ф 02 i j ( x , y ) по формуле Ф 02 i j ( x , y ) = k l m n C n m i j P n m ( x , y ) . Рассчитывают режекторное фазовое распределения поля в апертуре антенны Ф i j ( x , y ) по формуле Ф i j ( x , y ) = Ф 01 ( x , y ) + Ф 02 i j ( x , y ) . Из значений Ф i j ( x , y ) в точках xr, yr формируют режекторный набор фаз Ф r i j ( x r , y r ) , где r=1, …, N.

Установка в плоской многоэлементной антенной решетке 1-1 режекторного набора фаз Фij(xr, yr) обеспечивает формирование провала в ДН в направлении (θij, φij), не изменяя направления главного лепестка ДН и не внося значительных потерь в главном направлении ДН.

Массивы (θij, φij), Ф r i j ( x r , y r ) , составляющие массив вспомогательных данных, заносят в память блока измерений, вычислений и управления 3.

Процедуру выявления и подавления помех проводят с периодичностью задаваемой внешними командами или программой блока измерений, вычислений и управления 1-3.

Каждую процедуру выявления и подавления помех проводят следующим образом.

Измеряют величину Q1 - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов 1-2, соответствующую текущему распределению фазы напряженности поля в плоской многоэлементной антенной решетки 1-1.

Используя содержащийся в памяти блока измерений, вычислений и управления 1-3 массив вспомогательных данных, тестируют каждое контрольное угловое направление (θij, φij) на наличие помех с этого направления. По командам блока измерений, вычислений и управления 1-3 устанавливают в управляемых фазовращателях 1-1-2ij плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 значения фаз, соответствующие режекторному набору фаз Ф r i j ( x r , y r ) для этого направления, и измеряют величину Qij - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов 1-2 при установке режекторного набора фаз Ф r i j ( x r , y r ) . По значениям Q1 и Qij вычисляют соответствующую им величину индикатора помех δij. Если δijп, делают вывод, что в направлении (θij, φj) действует помеха, которую надо подавить, и присваивают этому контрольному угловому направлению обозначение ( θ i п j п , ϕ i п j п ) , а соответствующему режекторному набору фаз - обозначение Ф r i п j п ( x r , y r ) , где r=1,…, N.

По завершению тестирования всех контрольных угловых направлений формируют массив контрольных угловых направлений ( θ i п j п , ϕ i п j п ) , в которых выявлено воздействие помех, и соответствующий этим направлениям массив режекторных наборов фаз - Ф r i п j п ( x r , y r ) .

Текущим распределением фазы напряженности поля в апертуре может быть исходное фазовое распределение Ф0(x,y) или фазовое распределение, установленное в результате реализации предыдущей процедуры выявления и подавления помех. Патентуемый порядок выявления контрольных угловых направлений, в которых необходимо подавить помехи, обеспечивает выявления контрольных угловых направлений в обоих случаях.

По командам блока измерений, вычислений и управления 3 устанавливают в управляемых фазовращателях 1-1-2ij плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 значения фаз, соответствующие результирующему режекторному набору фаз Ф r п ( x r , y r ) = i п j п Ф r i п j п ( x r , y r ) , где суммирование ведется по всем iп, jп, а r=1, …, N. Установка в плоской многоэлементной антенной решетке 1-1 Ф r п ( x r , y r ) обеспечивает подавление всех выявленных помех.

Выявленные контрольные угловые направления ( θ i п j п , ϕ i п j п ) используют как оценку направлений на источники помех.

Если условие δijп, не выполняется ни для одного направления (θij, φij), текущее фазовое распределение сохраняют в антенне без изменений.

Патентуемая процедура выявления и подавления помех адаптивна к изменениям состава и направлениям прихода помех, поскольку предусматривает автоматическое выявление контрольных угловых направлений, в которых действуют помехи, при любых направлениях прихода и состава помех, а установка в управляемых фазовращателях 1-1-2i,j плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 соответствующего результирующего режекторного набора фаз автоматически обеспечивает подавление помех.

Отличительные признаки изобретения

Единовременно формируют массив вспомогательных данных

Выделяют в боковых лепестках энергетической ДН f 0 2 ( θ , ϕ ) смежные по углу φ сектора и выбирают контрольные направления (θij, φij), соответствующие максимумам боковых лепестков в этих секторах, где i - номер бокового лепестка ДН, j - номер сектора в боковом лепестке. Из полученных (θij, φij) формируют массив контрольных угловых направлений, в которых будут выявлять наличие помех.

Для контрольных угловых направлений (θij, φij) формируют массивы режекторных наборов фаз для управляемых фазовращателей 1-1-2r.

Разлагают Ф0(x, y) в ряд Фурье по функциям Pnm(x, y), который представляют в виде Ф0(x,y)=Ф01(x,y)+Ф02(x,y), где Ф 01 ( x , y ) = k l [ C 01 0 P 01 ( x , y ) + C 10 0 P 10 ( x , y ) ] , Ф 02 ( x , y ) = k l m 2 n 2 C n m 0 P n m ( x , y ) , C n m 0 - коэффициенты Фурье разложения функции Ф0(x, y), 1 - максимальный линейный размер плоской многоэлементной антенной решетки 1-1, k - волновое число свободного пространства.

Для каждого контрольного углового направления (θij, φij) путем минимизации функционала I i j = min n 2, m 2 [ Σ ( C n m i j ) 2 + λ i j f 0 2 ( θ i j , φ j ) ] , где λij - множители Лагранжа, n, m - номера гармоник Pnm(x,y), находят значения C n m i j - коэффициентов Фурье и рассчитывают функцию Ф 02 i j ( x , y ) по формуле Ф 02 i j ( x , y ) = k l m n C n m i j P n m ( x , y ) . Рассчитывают режекторное фазовое распределения поля в апертуре антенны Ф i j ( x , y ) по формуле Ф i j ( x , y ) = Ф 01 ( x , y ) + Ф 02 i j ( x , y ) . Из значений Ф i j ( x , y ) в точках xr, yr формируют режекторный набор фаз Ф r i j ( x r , y r ) , где r=1, …, N.

Массивы (θij, φij), Ф r i j ( x r , y r ) , составляющие массив вспомогательных данных, заносят в память блока измерений, вычислений и управления 3.

Процедуру выявления и подавления помех проводят с периодичностью, задаваемой внешними командами или программой блока измерений, вычислений и управления 1-3.

Каждую процедуру выявления и подавления помех проводят следующим образом.

Измеряют величину Q1 - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов 1-2, соответствующую текущему распределению фазы напряженности поля в плоской многоэлементной антенной решетки 1-1.

Используя содержащийся в памяти блока измерений, вычислений и управления 1-3 массив вспомогательных данных, тестируют каждое контрольное угловое направление (θij, φij) на наличие помех с этого направления. По командам блока измерений, вычислений и управления 1-3 устанавливают в управляемых фазовращателях 1-1-2ij плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 значения фаз, соответствующие режекторному набору фаз Ф r i j ( x r , y r ) для этого направления, и измеряют величину Qij - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов 1-2 при установке режекторного набора фаз Ф r i j ( x r , y r ) . По значениям Q1 и Qij вычисляют соответствующую им величину индикатора помех δij. Если δijп, делают вывод, что в направлении (θij, φij) действует помеха, которую надо подавить, и присваивают этому контрольному угловому направлению обозначение ( θ i п j п , ϕ i п j п ) , а соответствующему режекторному набору фаз - обозначение Ф r i п j п ( x r , y r ) где r=1, …, N.

По завершении тестирования всех контрольных угловых направлений формируют массив контрольных угловых направлений ( θ i п j п , ϕ i п j п ) , в которых выявлено воздействие помех, и соответствующий этим направлениям массив режекторных наборов фаз - Ф r i п j п ( x r , y r ) .

По командам блока измерений, вычислений и управления 3 устанавливают в управляемых фазовращателях 1-1-2i,j плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 значения фаз, соответствующие результирующему режекторному набору фаз Ф r п ( x r , y r ) = i п j п Ф r i п j п ( x r , y r ) , где суммирование ведется по всем iп, jп, а r=1, …, N. Установка в плоской многоэлементной антенной решетке 1-1 Ф r п ( x r , y r ) обеспечивает подавление всех выявленных помех.

Выявленные контрольные угловые направления ( θ i п j п , ϕ i п j п ) используют как оценку направлений на источники помех.

Если условие δijп, не выполняется ни для одного направления (θij, φij), текущее фазовое распределение сохраняют в антенне без изменений.

Реализация способа адаптивного подавления пространственных помех

Измерительная система, реализующая патентуемый способ, может быть построена на основе широко используемых в разработках и хорошо освоенных в производстве СВЧ приборов: антенных элементов, управляемых аналоговых или цифровых фазовращателей и сумматоров сигналов. Для создания электронных блоков измерений, вычислений и управления существует развитая элементная база.

Для подтверждения работоспособности и эффективности патентуемого способа адаптивного подавления пространственных помех было проведено компьютерное моделирование процедуры подавления пространственных помех, результаты которых иллюстрируются на фиг.2, фиг.3, фиг.4.

Моделирование проводилось для линейной антенной решетки с размером kl=30π и с направлением главного лепестка ДН θ0=0. В качестве направлений прихода помех были выбраны середина первого бокового лепестка ДН, середина второго бокового лепестка ДН и середина пятого бокового лепестка ДН.

Рассчитывались: ηi(дБ) - величина подавления бокового лепестка ДН под номером i; σ0i(дБ)- величина снижения главного лепестка ДН, возникающая при подавлении бокового лепестка под номером i; γi(дБ)=ηi0i - выигрыш в соотношении сигнал/помеха при подавлении бокового лепестка под номером i.

На фиг.2, фиг.3, фиг.4 сравниваются исходная энергетическая ДН (линия 1 на фигурах) и ДН, для которых подавление боковых лепестков применено в соответствии с патентуемым способом (линия 2 на фигурах). На фигурах вертикальной стрелкой обозначаются подавляемые боковые лепестки.

При подавлении помехи с направления первого бокового лепестка ДН (см. Фиг.2) было полечено: η1=24.3 дБ, σ01=1,7 дБ, γ1=22,6 дБ.

При подавлении помехи с направления второго бокового лепестка ДН (см. Фиг.3) было полечено: η2=31.68 дБ, σ02=0.32 дБ, γ2=31,36 дБ.

При подавлении помехи с направления пятого бокового лепестка ДН (см. Фиг.4) было полечено: η5=41.93 дБ, σ05=0.07 дБ, γ5=41.86 дБ.

Полученные с помощью математического моделирования результаты показывают большую эффективность подавления помех при использовании патентуемого способа адаптивного подавления пространственных помех (выигрыш в соотношении сигнал/помеха при подавлении помехи составляет (22÷42) дБ при незначительном, на (0.07÷1,7)дБ, снижении уровня главного лепестка ДН.

Таким образом, патентуемый способ адаптивного подавления пространственных помех практически реализуем и обеспечивает объявленный технический результат -обеспечивает подавление помех при отсутствии априорной информации о направлениях их прихода без нарушения рабочего режима работы антенны; вносит при подавлении помех минимальные потери в главном направлении ДН; обеспечивает адаптацию процедуры подавления помех к изменению направления прихода помех; обеспечивает минимизацию реального времени, затрачиваемого на подавление помех, и автономную оценку направлений на источники помех.

Способ адаптивного подавления пространственных помех, включающий создание антенной системы, состоящей из плоской многоэлементной антенной решетки, антенных элементов, управляемых фазовращателей, сумматора сигналов и блока измерений, вычислений и управления, для которых известны Ω(x, y) - область апертуры плоской многоэлементной антенной решетки;
N - общее число антенных элементов;
xr, yr - координаты фазовых центров антенных элементов под номерами r, где r=1, …, N;
Ф0(x, y) - исходное распределение фазы напряженности поля в апертуре;
f 0 2 ( θ , ϕ ) - исходная энергетическая диаграмма направленности (ДН) с фиксированным направлением главного лепестка, где θ, φ - сферические координаты точки наблюдения;
Pnm(x, y) - множество ортонормированных гармоник, где (n, m) - номера гармоник;
δп - пороговое значение индикатора помех,
отличающийся тем, что для подавления пространственных помех в отсутствии информации о направлениях их прихода без нарушения режима приема антенной системой рабочей информации, минимизации реального времени, затрачиваемого на подавление помех, и автономной оценки направлений на источники помех единовременно формируют массив вспомогательных данных, формируют массив контрольных угловых направлений (θij, φij), для чего выделяют в боковых лепестках энергетической ДН f 0 2 ( θ , ϕ ) смежные по углу φ сектора, а в качестве контрольных направлений берут значения (θij, φij), соответствующие максимумам боковых лепестков в этих секторах, где i - номер бокового лепестка ДН, j - номер сектора в боковом лепестке, для контрольных угловых направлений (θij, φij) формируют массивы режекторных наборов фаз для управляемых фазовращателей, разлагают Ф0(x, y) в ряд Фурье по функциям Pnm(x, y), который представляют в виде Ф0(x, y)=Ф01(x, y)+Ф02(x, y), где Ф 01 ( x , y ) = k l [ C 01 0 P 01 ( x , y ) + C 10 0 P 10 ( x , y ) ] , Ф 02 ( x , y ) = k l m 2 n 2 C n m 0 P n m ( x , y ) ,
C n m 0 - коэффициенты Фурье разложения функции Ф0(x, y);
1 - максимальный линейный размер плоской многоэлементной антенной решетки;
k - волновое число свободного пространства,
для каждого контрольного углового направления (θij, φij) путем минимизации функционала I i j = min n 2, m 2 [ Σ ( C n m i j ) 2 + λ i j f 0 2 ( θ i j , φ j ) ] ,
где λij - множители Лагранжа;
n, m - номера гармоник Pnm(x, y), находят значения C n m i j - коэффициентов Фурье и рассчитывают функцию Ф 02 i j ( x , y ) по формуле Ф 02 i j ( x , y ) = k l m n C n m i j P n m ( x , y ) ,
рассчитывают режекторное фазовое распределения поля в апертуре антенны Фij(x, y) по формуле Ф 02 i j ( x , y ) = Ф 01 ( x , y ) + Ф 02 i j ( x , y ) , из значений Фij(x, y) в точках xr, yr формируют режекторный набор фаз Ф r i j ( x r , y r ) , где r=1, …, N, массивы (θij, φij), Ф r i j ( x r , y r ) , составляющие массив вспомогательных данных, заносят в память блока измерений, вычислений и управления, процедуру выявления и подавления помех проводят с периодичностью, задаваемой внешними командами или программой блока измерений, вычислений и управления, каждую процедуру выявления и подавления помех проводят следующим образом, измеряют величину Q1 - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов, соответствующую текущему распределению фазы напряженности поля в плоской многоэлементной антенной решетке, тестируют каждое контрольное угловое направление (θij, φij) на наличие помех с этого направления, используя содержащийся в памяти блока измерений, вычислений и управления массив вспомогательных данных, по командам блока измерений, вычислений и управления устанавливают в управляемых фазовращателях плоской многоэлементной антенной решетки значения фаз, соответствующие режекторному набору фаз Ф r i j ( x r , y r ) , и измеряют величину Qij - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов при установке режекторного набора фаз Ф r i j ( x r , y r ) , по значениям Q1 и Qij вычисляют соответствующую им величину индикатора помех δij, если δijn, делают вывод, что в направлении (θij, φij) действует помеха, которую надо подавить, и присваивают этому контрольному угловому направлению обозначение ( θ i n j n , φ i n j n ) , соответствующее режекторному набору фаз - обозначение Ф r i n j n ( x r , y r ) , где r=1, …, N, по завершении тестирования всех контрольных угловых направлений формируют массив контрольных угловых направлений ( θ i n j n , φ i n j n ) , в которых выявлено воздействие помех, и соответствующий этим направлениям массив режекторных наборов фаз - Ф r i n j n ( x r , y r ) , по командам блока измерений, вычислений и управления устанавливают в управляемых фазовращателях плоской многоэлементной антенной решетки значения фаз, соответствующие результирующему режекторному набору фаз Ф r n ( x r , y r ) = i п j п Ф r i n j n ( x r , y r ) , где суммирование ведется по всем in, jn, a r=1, …, N, установка в плоской многоэлементной антенной решетке 1-1 Ф r n ( x r , y r ) обеспечивает подавление всех выявленных помех, выявленные контрольные угловые направления ( θ i n j n , φ i n j n ) используют как оценку направлений на источники помех, если условие δijn, не выполняется ни для одного направления (θij, φij), текущее фазовое распределение сохраняют в антенне без изменений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструктивному исполнению элементов радиотехнических систем и может быть использовано в качестве антенно-мачтового устройства для радиорелейных станций, работающих в полевых условиях.

Изобретение относится к области техники СВЧ, в том числе - к антенной технике, для концентрации СВЧ-энергии на определенной поверхности (площади) и может найти свое применение в сельском хозяйстве и лесной отрасли для сушки облучаемых объектов с помощью СВЧ-излучения для обеспечения равномерного СВЧ-излучения по всей длине и ширине (площади) облучаемого объекта.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к микрополосковым антеннам для применения в глобальных навигационных спутниковых системах (GNSS). .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для быстрого электрического сканирования лучом антенной решетки (АР). .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано на базовых станциях сети сотовой радиосвязи для обеспечения излучения сигнала с переключаемой поляризацией, а именно: возможностью установки линейной вертикальной поляризации, линейной горизонтальной поляризации или круговой поляризации правого или левого вращения, при использовании штатных антенн базовых станций с кросс-поляризацией, то есть двойной +45° и -45° наклонной поляризацией.

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре, в частности к конструкции корпуса изделия, используемого в радиоэлектронной промышленности. .

Изобретение относится к радиотехнике КВЧ диапазона и может быть использовано в радиолокационных системах с электрическим сканированием луча антенны, излучающей и принимающей электромагнитные волны с круговой поляризацией поля.

Изобретение относится к области радиотехники. .

Изобретение относится к антеннам, а именно к планарному излучающему элементу с дуальной поляризацией, в котором явление электростатических разрядов минимизировано, и к антенной решетке, содержащей такой излучающий элемент

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при решении задач радиопеленгации с помощью переносных (малогабаритных) средств в декаметровом и метровом диапазонах радиоволн. Технический результат - повышение точности определения азимута на источник радиоизлучений и обеспечение возможности для автоматического слежения за его перемещениями. Переносной амплитудный радиопеленгатор содержит штыревую 1 и рамочную 2 антенны, основной 3.1 и дополнительный 3.2 приемные каналы, вычитающее устройство 4, усилитель 5 низкой частоты, телефон 6, входные цепи 7.1 и 7.2, усилители 8.1 и 8.2 высокой частоты, преобразователи 9.1 и 9.2 частоты, усилители 10.2 и 10.2 промежуточной частоты, детектор 11.1 и 11.2, платформу 12, редуктор 13, указатель 14 угла, блок 15 деления, пороговый блок 16, ключи 17 и 20, фазовый детектор 18, блок 19 формирования управляющего напряжения, мотор 21 и сумматор. 5 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено для диагностики чувствительных элементов гидроакустических антенн. Технический результат - возможность оперативного контроля работоспособности чувствительных элементов антенны и построение амплитудно-частотных характеристик гидроакустических приемников. Для этого приемная гидроакустическая антенна состоит из вычислительного блока и гидроакустических приемников, жестко закрепленных на корпусе, при этом на корпус антенны установлен широкополосный генератор механических вибраций, колебания которого при проведении диагностики передаются на ее корпус, а генератор управляется командами от вычислительного блока, причем механические колебания корпуса антенны, вызванные вибратором в местах установки гидроакустических приемников, заранее определены и известны. При работе вибратора происходит измерение вычислительным блоком выходных сигналов гидроакустических приемников, на основании чего делается вывод об их работоспособности и производится определение амплитудно-частотных характеристик. Это позволяет осуществлять оперативный контроль работоспособности гидроакустических приемников и измерять их амплитудно-частотные характеристики для формирования корректирующих коэффициентов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к спиральным антеннам диапазона ДКМВ. Техническим результатом является снижение трудоемкости установки антенны. Спиральная антенна диапазона ДКМВ выполнена в виде четырехзаходной равноугольной спирали, содержит четыре изолированных друг от друга проводника антенны, четыре резистивные нагрузки, опорную мачту с оттяжками и анкерами мачты, металлический корпус, внутри которого размещен узел питания антенны с высокочастотными разъемами для подключения фидеров и антенными вводами, к которым подключены верхние концы проводников антенны, четыре диэлектрические оттяжки с установленными на них фиксаторами для закрепления проводников антенны, опорная мачта выполнена телескопической, между металлическим корпусом и опорной мачтой введен монтажный узел, в металлическом корпусе выполнено отверстие, в которое входит верхняя часть монтажного узла и планка, фиксирующая взаимное положение корпуса и монтажного узла; нижняя часть монтажного узла подвижно состыкована с верхним звеном мачты, средняя часть выполнена в виде верхнего и нижнего дисков, в нижнем диске выполнены четыре отверстия, куда входит крюк карабина с защелкой, закрепленного на верхнем конце каждой из диэлектрических оттяжек, а на другом конце каждой из оттяжек установлено натяжное устройство, механически связанное с анкером оттяжек, вблизи анкеров на поверхности грунта размещены четыре противовеса, каждый из которых образован группой проводов, гальванически связанных друг с другом, а каждая из резистивных нагрузок включена между противовесом и нижним концом проводника антенны. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к активным фазированным антенным решеткам (АФАР), которые предназначены для использования в РЛС. Техническим результатом является создание элемента АФАР отражательного типа с более высоким коэффициентом полезного действия и более низким уровнем шумов, способного работать в составе АФАР отражательного типа с двумя ортогональными круговыми поляризациями. Элемент активной фазированной антенной решетки отражательного типа, содержащий излучатель, фазовращатель проходного типа, усилитель, волноводный селектор круговых поляризаций с функцией преобразователя поляризаций, вход которого соединен с выходом фазовращателя, входом соединенным с излучателем, при этом выходы волноводного селектора круговых поляризаций с функцией преобразователя поляризаций подключены ко входам волноводно-полосковых переходов, к выходам которых подключен усилитель. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области антенной техники. Технический результат - повышение эксплуатационных возможностей решетки. Способ размещения элементов на разреженной фазированной антенной решетке, при котором на регулярной сетке узлов элементы размещают по методу двумерных разностных множеств, отличается тем, что фазированную антенную решетку формируют из набора подрешеток, каждая из которых состоит из φ(m)-1 элементов, где числовой модуль m принимает значения pα, 2рα, α - число натурального ряда, p - простое число, φ(m) - функция Эйлера, и максимальное количество подрешеток равно φ(φ(m)) - числу первообразных корней числа m, при этом каждый из φ(m)-1 элементов данной подрешетки размещают в узлах сетки по одному на каждом столбце и не более чем по одному, на каждой строке так, что для j-го элемента номер строки k определяют по заданному номеру столбца j по правилу: k=(gl)jmodm, где gl - l-й первообразный корень числа m, l принимает значения от 1 до значения, равного числу первообразных корней модуля m: φ(φ(m)), номер столбца j изменяется от 1 до φ(m)-1, номер строки k изменяется в диапазоне от 1 до m, принимая все значения за исключением кратных m. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 ил.

Изобретение относится к антенной технике радиосистем навигации, посадки, управления воздушным движением. Технический результат - обеспечение устойчивой работы самолетного радиооборудования UHF частотного диапазона при круговом обзоре пространства в азимутальной плоскости, в том числе в интерференционных зонах и в L, S частотных диапазонах при значительных кренах летательного объекта. Система содержит передние UHF антенну, две L, S антенны горизонтальной поляризации, L, S антенну вертикальной поляризации, задние UHF, L, S антенну горизонтальной поляризации и L, S антенну вертикальной поляризации, коммутационно-разделительное устройство, устройство управления, пять коммутаторов на два направления, пять частотно-разделительных устройств, управляемый фазовращатель. Устройство управления входами соединено с UHF, L, S радиооборудованием, гировертикалью, определителем курсового угла радиомаяка, а выходами - с коммутационно-разделительным устройством, коммутаторами и фазовращателем. Коммутаторы соединены с одной стороны с коммутационно-разделительным устройством, а с другой стороны с антеннами непосредственно или через частотно-распределительные устройства, а с задней антенной горизонтальной поляризации - через фазовращатель. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи и радиоконтроля. Технический результат - повышение помехоустойчивости приема сообщений путем повышения чувствительности, динамического диапазона по интермодуляции и надежности. Для этого приемный радиоцентр (ПРЦ) дополнительно содержит антенную систему (АС) из n направленных антенн, соответствующих n многоканальным радиоприемным устройствам (МРПУ), n двунаправленных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), n блоков обработки сигналов (БОС), локальную вычислительную сеть (ЛВС), центр управления каналами радиоприема (ЦУКР), при этом каждое МРПУ содержит входное устройство (ВУ), первый мультиплексор/демультиплексор, первый оптоэлектронный/электронно-оптический преобразователь, первый оптический приемопередатчик, а каждый из m аналоговых каналов (АК) содержит первый блок перестраиваемых фильтров (1БППФ), второй блок управления и контроля (2БУК), управляемый усилитель радиочастоты (УУРЧ), второй блок перестраиваемых фильтров (2БППФ), первый управляемый аттенюатор (1УА), первый управляемый коммутатор (1УК), преобразователь частоты (ПрЧ), управляемый усилитель промежуточной частоты (УУПЧ), второй блок фильтров промежуточной частоты (2БФПЧ), второй управляемый коммутатор (2УК), второй управляемый аттенюатор (2УА) и блок аналого-цифрового преобразования (БАЦП). 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнической промышленности и может использоваться в СВЧ антенной технике в составе фазированных антенных решеток, использующих моноимпульсный метод пеленгации. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения работы как всей антенны, так и обеспечения независимой работы отдельных квадрантов антенны при работе на различных частотах. Для этого фазированная антенная решетка состоит из панелей излучателей, блоков фазовращателей, линеек ВРС и главного распределителя, содержащего СВЧ-сумматор, четыре основные линейки направленных ответвителей, суммирующее устройство, четыре дополнительные линейки направленных ответвителей, направленный ответвитель, фазирующие секции и согласованные нагрузки, при этом для работы на различных частотах каждую из четырех основных линеек направленных ответвителей главного распределителя выполняют с двумя магистральными волноводами, расположенными параллельно друг другу таким образом, что ответвленные волноводные каналы поочередно имеют общие широкие стенки с элементами связи в них то с одним, то с другим магистральным волноводом, при этом первый и второй магистральные волноводы объединены по входам балансным мостом, входы которого являются двумя независимыми входами линеек направленных ответвителей. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - уменьшение амплитудно-фазовых ошибок поля в раскрыве многолучевой антенной решетки. Для этого многолучевая антенная система состоит из N многолучевых крупноапертурных излучателей (КАИ), каждый из которых обеспечивает максимальный КУ в коническом секторе обзора 8,7° для глобальной космической связи. Используемый М-лучевой КАИ в многолучевой решетке из N таких излучателей при цифровой схеме формирования N лучей позволяет минимизировать общее число излучателей при заданном КУ в секторе обзора и обеспечить формирование MN лучей в секторе обзора. Изобретение позволяет по сравнению с аналогами уменьшить амплитудно-фазовые ошибки поля в раскрыве многолучевой антенной решетки (MAP), состоящей из параболического осесимметричного зеркала и облучателя из 7-и открытых концов круглых волноводов, уменьшить искажения в многолучевой ДН КАИ и увеличить КУ КАИ и MAP в секторе обзора 8,7°. 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области радиоэлектроники

Наверх