Способ формирования "виртуальных" каналов приема сигналов



Способ формирования виртуальных каналов приема сигналов

 


Владельцы патента RU 2530320:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться при проектировании и эксплуатации комплексов радиопеленгации или систем радиосвязи портативного, мобильного (бортового) и стационарного базирования. Технический результат - повышение устойчивости функционирования методов оценки напряженности электромагнитного или акустического поля Для этого на каждом элементе антенной решетки записывают интервал на временном интервале [0,Т], производят формирование дискретного спектра напряженности поля с использованием процедуры преобразования Фурье, при этом. для каждой из полученных спектральных компонент находят вектор комплексных амплитуд/вспомогательных источников как приближенное решение матрично-векторного уравнения с использованием процедуры квазирешения. Число вспомогательных источников определяется как число наиболее значимых собственных чисел автокорреляционной матрицы принятых антенной решеткой сигналов, т.е. наибольших и отличающихся от остальных по величине не менее, чем на порядок. Далее определяют значения поля спектральной компоненты в произвольной точке плоскости антенной решетки (формируют «виртуальный» канал приема сигналов) как скалярное произведение найденного вектора комплексных амплитуд вспомогательных источников и соответствующего вектора «виртуального» канала приема сигналов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться при проектировании и эксплуатации комплексов радиопеленгации или систем радиосвязи портативного, мобильного (бортового) и стационарного базирования.

Известен способ оценки напряженности электромагнитного или акустического поля по сигналам элементов антенной решетки, расположенных вблизи искажающего поле рассеивателя [1], заключающийся в том, что на каждом элементе антенной решетки записывают сигнал на временном интервале [0,Т], формируют дискретный спектр напряженности поля, выполняя над записанным сигналом процедуру преобразования Фурье, для каждой спектральной компоненты находят вектор В коэффициентов интерполяционной модели поля, удовлетворяющий матрично-векторному уравнению U(N)=QB, левая часть которого представляет собой вектор U(N) напряженностей поля спектральной компоненты элементов антенной решетки, а правая часть представляет собой произведение матрицы антенной решетки Q, элементы которой зависят от частоты и расположения элементов антенной решетки, и искомого вектора B коэффициентов интерполяционной модели поля, определяют значение поля спектральной компоненты в произвольной точке плоскости антенной решетки как скалярное произведение найденного вектора В коэффициентов интерполяционной модели поля и вектора q, зависящего от частоты и положения этой оцениваемой точки.

Однако описанный выше способ основан на необходимости решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), в состав которых входят плохообусловленные матрицы, из-за чего он теряет устойчивость функционирования при наличии погрешностей в измерении комплексных амплитуд на элементах физически существующей антенной решетки, вызванных действиями шумов или несимметричностью каналов

Изобретение направлено на повышение устойчивости методов оценки напряженности электромагнитного или акустического поля (формирования «виртуальных» каналов приема сигналов) при их функционировании в условиях наличия шумов или несимметричности каналов антенной системы.

Это достигается тем, что на каждом элементе антенной решетки записывают сигнал на временном интервале [0,Т], формируют дискретный спектр напряженности поля, выполняя над записанным временным сигналом процедуру преобразования Фурье, для каждой спектральной компоненты находят вектор В комплексных амплитуд вспомогательных источников поля с помощью квазирешения матрично-векторного уравнения , например, в виде . При этом - вектор напряженностей поля спектральной компоненты элементов антенной решетки, Q - матрица вспомогательных источников, элементы которой зависят от частоты и взаимного расположения элементов антенной решетки и вспомогательных источников, Н H - знак Эрмитового сопряжения. При этом число вспомогательных источников определяется как, например, как число наиболее значимых собственных чисел автокорреляционной матрицы принятых антенной решеткой сигналов, т.е. наибольших и отличающихся от остальных по величине не менее, чем на порядок. Элементы матрицы Q определяются как Qn,m=exp(i·k0·rn,m)/rn,m, где k0 - волновое число свободного пространства, - расстояние от n-го элемента антенной решетки m-го до вспомогательного источника.

Формируют «виртуальный» канал приема сигналов (определяют значение поля спектральной компоненты в произвольной точке плоскости антенной решетки) как скалярное произведение вектора комплексных амплитуд вспомогательных источников и вектора , элементы которого зависят от частоты, положения формируемого «виртуального» канала приема сигналов в пространстве и числа вспомогательных источников. При этом произвольный m-й элемент вектора определяют как gm=exp(i·k0·rm)/rm, где k0 - волновое число свободного пространства, - расстояние от точки, в которой формируется «виртуальный» канал приема сигналов (определяется значение поля спектральной компоненты) до m-го вспомогательного источника.

Значение напряженности электромагнитного или акустического поля в точке плоскости антенной решетки, получаемое в конечном счете, трактуется как полезный сигнал с некоторого «виртуального» антенного элемента, размещенного в данной точке пространства. Таким образом, можно говорить о формировании «виртуальных» каналов приема сигналов, информация с которых может быть использована для повышения отношения сигнал / шум, уточнения координат источников радиоизлучения и т.д.

Отличительной особенностью данного метода является отсутствие необходимости решения системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) относительно неизвестных комплексных амплитуд вспомогательных источников, в состав которых входят плохообусловленные матрицы. В данном случае вместо решения СЛАУ используется процедура квазирешения. Кроме того, число используемых вспомогательных источников определяется как величина наиболее значимых собственных чисел автокорреляционной матрицы входных сигналов, т.е. наибольших и отличающихся от остальных по величине не менее, чем на порядок.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства для реализации способа. Устройство содержит N элементов антенной решетки, каждый из которых соединен с соответствующим приемником сигнала 1.1÷1.N. Выход каждого приемника сигнала 1.1÷1.N соединен со входом соответствующего блока формирования спектра 2.1÷2.N. Спектральные компоненты 1÷L с выходов блоков формирования спектров 2.1÷2.N поступают на соответствующие входы 1÷N блоков обработки сигнала спектральной компоненты 3.1÷3.L. Каждый блок обработки сигнала спектральной компоненты 3.1÷3.L содержит последовательно соединенные узел нахождения амплитуд вспомогательных источников 4 и узел нахождения оценки напряженности поля в точке плоскости антенной решетки 5.

В состав устройства также входят узел определения числа вспомогательных источников 6, блок формирования матриц вспомогательных источников 7, а также блок формирования векторов «виртуальных» каналов приема сигналов 8. Выход узла определения числа вспомогательных источников 6 соединен со входом блока формирования матриц вспомогательных источников 7. Выходы блока формирования матриц вспомогательных источников 7 соединены, соответственно, со входами узлов нахождения амплитуд вспомогательных источников 4. Выходы блока формирования векторов «виртуальных» каналов приема сигналов 8 соединены, соответственно, со входами узлов нахождения оценки напряженности поля в точках плоскости антенной решетки. Выходы узлов нахождения оценки напряженности поля в точках плоскости антенной решетки 5 являются выходами устройства.

Способ осуществляется следующим образом.

Сигнал с каждого элемента антенной решетки поступает на вход приемника сигнала 1.1÷1.N, где производятся процедуры фильтрации, переноса на видеочастоту, аналого-цифрового преобразования и т.д. Видеосигналы с выходов приемников сигнала 1.1÷1.N поступают на входы соответствующих блоков формирования спектра 2.1÷2.N, где записываются на временном интервале [0, Т]. Затем в блоках формирования спектра 2.1÷2.N формируют дискретный спектр напряженности поля, выполняя над записанным временным сигналом процедуру дискретного преобразования Фурье длиной L. Спектральные компоненты 1÷L с выходов блоков формирования спектра 2.1÷2.N поступают на соответствующие входы 1÷N блоков обработки сигнала спектральной компоненты 3.1÷3.L.

В блоке 6, на основе принятых антенной решеткой сигналов, производится определение числа необходимых вспомогательных источников. При этом значение величины используемых вспомогательных источников определяется как число наиболее значимых собственных чисел автокорреляционной матрицы принятых антенной решеткой сигналов, т.е. наибольших и отличающихся от остальных по величине не менее, чем на порядок. Далее, полученное значение используется для формирования матриц вспомогательных источников Q. Каждый элемент матрицы Q определяется как Qn,m=ехр(i·k0·rn,m)/rn,m, где - расстояние от n-го элемента антенной решетки m-го до вспомогательного источника.

Для каждой спектральной компоненты в узле нахождения амплитуд вспомогательных источников 4 находят вектор данных амплитуд . Вектор находят с помощью процедуры квазирешения матрично-векторного уравнения , в виде . При этом - вектор напряженностей поля спектральной компоненты элементов антенной решетки, значения которого поступают с блоков формирования спектра 2.1÷2.L, Q - матрица вспомогательных источников, элементы которой зависят от частоты и взаимного расположения элементов антенной решетки и вспомогательных источников, H - знак Эрмитового сопряжения.

Значение вектора , определенное в узле нахождения амплитуд вспомогательных источников поля 4 поступает на первый вход узла нахождения оценки напряженности поля в точке плоскости антенной решетки 5. На второй вход узла оценки напряженности поля в точке, лежащей в плоскости антенной решетки 5, поступает значение вектора «виртуального» канала приема сигналов , которое формируется в блоке 8. Произвольный m-й элемент вектора определяют как gm=ехр(i·k0·rm)/rm, где k0 - волновое число свободного пространства, - расстояние от точки, в которой формируется «виртуальный» канал приема сигналов (определяется значение поля спектральной компоненты) до m-го вспомогательного источника. В узле оценки напряженности поля в точке плоскости антенной решетки значение поля спектральной компоненты определяется как скалярное произведение вектора комплексных амплитуд вспомогательных источников и вектора оцениваемой точки: .

Источник информации

1. RU, патент №2405165 C2, кл., G01S 3/00, 27.11.2010.

1. Способ формирования «виртуальных» каналов приема сигналов, заключающийся в том, что на каждом элементе антенной решетки записывают сигнал на временном интервале [0, T], формируют дискретный спектр напряженности поля, выполняя над записанным временным сигналом процедуру преобразования Фурье, для каждой спектральной компоненты находят вектор комплексных амплитуд вспомогательных источников, отличающийся тем, что вектор комплексных амплитуд вспомогательных источников находят как приближенное решение недоопределенного или переопределенного матрично-векторного уравнения с использованием процедуры квазирешения, формируют «виртуальный» канал приема сигналов как скалярное произведение вектора комплексных амплитуд вспомогательных источников и вектора , зависящего от частоты, положения формируемого «виртуального» канала в пространстве и числа вспомогательных источников.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число вспомогательных источников определяют как число наиболее значимых собственных чисел автокорреляционной матрицы принятых антенной решеткой сигналов, т.е. наибольших относительно остальных по величине не менее, чем на порядок.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вектор комплексных амплитуд вспомогательных источников поля определяют с использованием процедуры квазирешения как , где - вектор напряженностей поля спектральной компоненты элементов антенной решетки, Q - матрица вспомогательных источников, элементы которой зависят от частоты и взаимного расположения элементов антенной решетки и вспомогательных источников, H - знак Эрмитового сопряжения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что произвольный элемент матрицы Q, соответствующий n-й строке и m-му столбцу определяют как комплексную величину, с амплитудой, обратно пропорциональной расстоянию между n-м элементом антенной решетки и m-м вспомогательным источником, и фазой, равной произведению волнового числа свободного пространства на расстояние между n-м элементом антенной решетки и m-м вспомогательным источником.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что произвольный элемент вектора определяют как комплексную величину, с амплитудой, обратно пропорциональной расстоянию между точкой, в которой формируют «виртуальный» канал приема сигналов и m-м вспомогательным источником, и фазой, равной произведению волнового числа свободного пространства на расстояние между точкой, в которой формируют «виртуальный» канал приема сигналов и m-м вспомогательным источником.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенным технологиям. Технический результат - повышение пропускной способности и упрощение устройства.

Изобретение относится к области радиолокации и гидролокации и предназначено для сканирования пространства, а также непрерывного слежения за статическими и динамическими характеристиками объектов посредством преобразования волн любой физической природы в электрические сигналы.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к конструкции микрополосковых антенных устройств, и может быть использована как в системах спутниковой навигации, в частности, GPS-ГЛОНАСС, так и в системах связи, передачи информации, а также в качестве элемента антенной решетки.

Изобретение относится к поисковым устройствам и предназначено для обнаружения объектов на основе приема сигналов, появляющихся в результате вторичного переизлучения с изменением спектра зондирующего сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области средств навигации и регистрации места нахождения подвижных объектов. Техническим результатом является повышение мощности сигналов диапазонов GSM-900/1800 на уровень не менее 3 дБи и снижение экранирующего воздействия конструкцией GSM антенны на антенну ГЛОНАСС/GPS.

Антенная система базовой станции сверхвысокоскоростной MESH-сети в миллиметровом диапазоне радиоволн, в которой базовая станция снабжена высокочастотным трансивером миллиметрового, от 60 до 100 ГГц, диапазона, соединенным с приемным и передающим антенными полями через малошумящие и мощные усилители соответственно, причем коммутируемые цепи питания усилителей соединены с шиной микропроцессорного управления.

Изобретение относится к узлу облучателей антенны. Узел (15) облучателей антенны включает в себя, по меньшей мере, две удлиненные цепи (1, 2) облучателей, расположенные рядом друг с другом.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке антенн гидроакустических систем и комплексов. Технический результат - снижение мощности отраженной антенной гидроакустической волны и повышение чувствительности гидроакустических датчиков.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при разработке бортовой радиолокационной станции обзора воздушного, наземного и надводного пространства.

Изобретение относится к области дистанционного управления с использованием радиочастот. .

Предлагаемое устройство относится к контрольно-поисковым средствам, а именно к устройствам обнаружения местоположения людей, оказавшихся под завалами, образовавшимися в результате стихийного (землетрясения, торнадо, цунами и др.) или иного бедствия, и поиска взрывчатых и наркотических веществ, и может быть использовано при техногенных авариях, природных катастрофах, террористических актах и при предотвращении опасных для населения акций.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке систем для определения координат источника радиоизлучения (ИРИ), а также в пассивной радиолокации.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области пеленгации. Достигаемый технический результат - расширение возможностей пеленгации, сокращение времени расчета угловых параметров многолучевого ионосферного сигнала.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться в радионавигационных системах для измерения угловых координат подвижных объектов как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях относительно задаваемого наземным радиомаяком направления.

Использование: в устройстве для обнаружения сигналов и определения направления на их источник. Сущность: устройство для обнаружения сигналов и определения направления на их источник содержит выполненную определенным образом дискретную антенную решетку (ДАР), включающую N ненаправленных пассивных и М активно-пассивных электроакустических преобразователей, соответствующие им I каналы передачи информации, блок управления характеристикой направленности, блок вычисления относительных координат элементов ДАР, пороговое устройство, вычислитель порога принятия решения, индикатор, блок управления активно-пассивными элементами ДАР, а также формирователь характеристик направленности с временной задержкой сигналов.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем обнаружения зондирующих сигналов гидролокаторов, установленных на подвижном носителе.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при решении задач радиопеленгации с помощью переносных (малогабаритных) средств в декаметровом и метровом диапазонах радиоволн.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. .

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокаторах поиска и слежения. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения и пеленгации фазоманипулированных сигналов. .

Изобретение относится к системам управления безопасностью полетов. Достигаемый технический результат - повышение эффективности систем управления безопасностью полетов. Способ основан на введении в бортовое оборудование воздушных судов системного процессора, который объединен с бортовой системой объективного контроля, бортовой и наземной аппаратурой моноимпульсных вторичных радиолокаторов, работающих в дискретно-адресном режиме и модернизированных до режима «8», радиовещательного автоматического зависимого наблюдения, аппаратурой международной системы спасания терпящих бедствие КОСПАС-САРСАТ, устанавливаемой на навигационных искусственных спутниках Земли Глонасс-К1 и его модификациях. Системный процессор обеспечивает формирование признаков наличия или отсутствия целостности воздушных судов с последующей передачей их экипажу, центрам управления и спасания на основе указанного объединения, что позволяет осуществить в реальном масштабе времени упреждающие, коррективные действия, необходимые для поддержания требуемого уровня безопасности полетов от взлета до посадки, а также оперативное определение местоположения воздушного судна в случае аварийной посадки без использования аварийных бортовых устройств регистрации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх