СПОСОБ АДАПТИВНОЙ ГРУППОВОЙ КОМПЕНСАЦИИ ПОМЕХ СПУТНИКОВОМУ РЕТРАНСЛЯТОРУ СВЯЗИ С ГИБРИДНОЙ ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННОЙ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ Российский патент 2022 года по МПК H04B1/10 

Область техники, к которой относится объект

Изобретение относится к области адаптивных антенн и может быть использовано в системах спутниковой связи специального назначения, обеспечивающих многостанционный режим работы абонентских станций с использованием сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и использующих для формирования сигнала гибридную многолучевую антенну, состоящую из крупноапертурного зеркала и облучающей решетки.

Уровень техники можно определить по следующим источникам:

1. Монография Пистолъкорс А.А., Литвинов О.С.«Введение в теорию адаптивных систем». - М.: «Наука» 1991 г.

2. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию /Пер. с англ. под ред. В.А. Лексаченко. - М.: Радио и связь, 1986.

В монографиях, отражающих в целом современное состояние теории и техники антенных решеток, рассмотрены компенсаторы помех, обрабатывающие сигналы, принятые по боковым лепесткам (КБЛ) основной антенны, пригодные для использования в системах связи. Рассмотрены основные алгоритмы подстройки весовых коэффициентов. Совпадающие существенные признаки: адаптивный компенсатор помех (в общем случае многоканальный) предназначен для подавления помех, поступающих по боковым лепесткам основной антенны системы связи, число подавляемых помех гарантировано не менее числа дополнительных (компенсационных) каналов. Дополнительные каналы формируются либо установкой дополнительных идентичных антенн и их пространственного разнесения, либо, в случае использования многолучевых антенн, компенсационными антеннами могут быть антенные устройства, формирующие парциальные диаграммы направленности. Диаграмма направленности (ДН) дополнительных антенн охватывает боковые лепестки ДН основной антенны. Отличие состоит в используемых адаптивных алгоритмах работы компенсаторов помех и практической реализации. Выбор алгоритмов должен учитывать передачу сигналов с ППРЧ и работу абонентских станций и станций помех в одном парциальном луче. Достижение требуемого быстродействия определяется технической реализацией компенсатора помех.

3. Статья: Тяпкин В.Н., Дмитриев Д.Д., Першин А.С. Алгоритмы адаптации многолучевых антенн, построенных на базе гибридно-зеркальных антенн, Журнал Сибирского государственного университета 7 (2013 6).

В качестве варианта адаптивной многолучевой ГЗА предлагается следующее построение антенны. Антенная решетка (АР) облучателя строится из 19 облучателей по кластерному принципу, в котором каждый из 7 лучей антенны формируется набором облучателей - кластером. Каждый кластер, состоящий из 7 облучателей, в исходном состоянии запитывается синфазно, 50% - излучаемой мощности подается на центральный облучатель, 50% - на периферийные облучатели. Лучи ДН формируются на разных частотах, что исключает взаимное влияние лучей друг на друга. Для формирования провалов в направлении на источник помехи в ДН одного кластера в простейшем случае возможно при противофазном запитывании одного из облучателей.

Для повышения эффективности работы антенны предлагается алгоритм синтеза амплитудно-фазового распределения (АФР) облучающей решетки ГЗА. Это позволяет синтезировать ДН антенны желаемой формы и формировать провалы не только в направлении главного лепестка ДН, но и в направлении боковых лепестков при неизменном количестве провалов. Таким образом, варианты АФР заблаговременно рассчитываются исходя из нескольких положений «цели» (координаты станций помех). Заложенные в память варианты АФР формируют провалы ДН ГЗА с гексагональной структурой решетки облучателей в пределах зоны обслуживания с количеством вариантов - до 37.

Таким образом, пространственную фильтрацию предлагалось обеспечивать созданием банка амплитудно-фазовых распределений для разных сценариев помеховых воздействий.

4. Патент РФ №2289884 «Способ исключения влияния сигналов абонентских станций с ППРЧ на систему компенсации помех ретранслятора связи с многостанционным доступом и система компенсации помех (варианты)».

В системах спутниковой связи в ретрансляторах связи с многостанционным доступом, наличие множества полезных сигналов абонентских станций приводит к некоррелированности помех, принимаемых основной и дополнительной антеннами. Поэтому ставится задача исключения полезных сигналов из принимаемого сигнала, по которому вычисляются весовые коэффициенты (ВК) в компенсаторах помех. В настоящем изобретении предложен способ исключения влияния полезных сигналов.

Непрерывный частотный диапазон, в котором могут присутствовать полезные сигналы станций, разбивается на равные по занимаемой области частот поддиапазоны. За счет использования псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ) производится чередование поддиапазонов так, что поддиапазоны, в которых присутствуют полезные сигналы, оказываются окруженными слева и справа поддиапазонами, в которых отсутствуют полезные сигналы.

Один из возможных вариантов реализации способа исключения влияния полезных сигналов станций системы связи с многостанционным доступом и ППРЧ состоит в следующем.

Частотный диапазон сигналов, принимаемых основной и дополнительными антеннами, разбивается 2D+1 полосовыми фильтрами на 2D+1 частотных полос, где D - целое число. Каждый ПФ образует частотный подканал в своей частотной полосе. ПФ с номером d будем обозначать как ПФd. Гетеродинированием несущих частот псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ), передаваемых по известному на приемной стороне закону ППРЧ, полезные сигналы станций помещают только в ПФ с номерами 2d, d = 1, …, D, в остальных полосах ПФ с номерами 2d-1 и 2d+1, d = 1, …, D, гетеродинированием несущих частот из области частот диапазона ППРЧ помещают полосы частот, в которых полезные сигналы отсутствуют или имеют значительно меньший уровень, по сравнению с полосами ПФ с помещенными полезными сигналами. ПФ(2d-1) и ПФ(2d+1) образуют режекторный фильтр (РФ с номером d, который будем обозначать как PФd) в частотной полосе ПФ2d. Сигнал на выходе PФd в основном канале и сигнал на выходе PФd в дополнительном канале (или сигналы на выходе PФd в дополнительных каналах) используется для вычисления ВК в адаптивном компенсаторе помех (АКП с номером d, который обозначается как АКПd). Вычисленный ВК передается в устройство взвешивания выходного сигнала ПФ2d дополнительного канала, где производится комплексное умножение сигнала с выхода ПФ2d на вычисленный ВК. Взвешенные сигналы ПФ2d всех дополнительных каналов суммируются, с формированием компенсационного сигнала подканала. Этот компенсационный сигнал вычитается из сигнала ПФ2d основного канала.

ВК вычисляется любым известным способом в компенсаторе помех. N-канальный компенсатор помех является устройством, в котором есть основной вход и N дополнительных входов. Сигналы, поступающие с дополнительных входов компенсатора помех, умножаются на вычисленные по адаптивному алгоритму ВК, результаты умножения суммируются. Если ВК комплексные, то результаты умножения суммируются поквадратурно, т.е. когда действительные составляющие сигналов передаются по синфазному каналу, а мнимые составляющие сигналов передаются по квадратурному каналу, и сигналы в синфазных и квадратурных каналах суммируются отдельно. Результат этого суммирования вычитается из сигнала, поступающего по основному входу компенсатора. Так как во входном сигнале основного канала компенсатора отсутствуют полезные сигналы станций, а ВК передаются в соседние подканалы, то в компенсаторе помех достаточно ограничится только вычислением ВК, а последующие операции исключить

Настоящий Патент предлагает систему компенсации помех, состоящую из основной антенны, принимающей сигналы абонентских станций и мешающие сигналы помех, и N дополнительных антенн, принимающих в основном мешающие сигналы помех; основная антенна образует основной канал приема, дополнительные антенны образуют дополнительные каналы приема; выход основной антенны подключен к приемному устройству основного канала, выход каждой дополнительной антенны от 1-й до N-й подключен к своему приемному устройству дополнительного канала 1, …, N; выход приемного устройства основного канала подключен к банку фильтров основного канала, выход приемного устройства дополнительного канала подключен к банку фильтров данного дополнительного канала; банк фильтров дополнительного канала идентичен по занимаемому частотному диапазону банку фильтров основного канала; каждый банк фильтров состоит из 2D+1 полосовых фильтров, D - целое число, в занимаемом диапазоне частот ПФ образует частотный подканал; каждый подканал основного канала имеет одинаковый по занимаемой частотной полосе подканал в каждом дополнительном канале; выходы ПФ одинаковых подканалов дополнительных каналов подключены к устройству формирования компенсационного сигнала для данного подканала; устройство формирования компенсационного сигнала подканала содержит общий для N дополнительных каналов сумматор подканала, формирующий на своем выходе компенсационный сигнал подканала; выход сумматора подканала подключен ко входу "-" (минус) вычитателя подканала, ко входу "+" (плюс) вычитателя подканала подключен выход ПФ основного канала этого же подканала, выход вычитателя подканала является выходом подканала системы с подавленным помеховым сигналом, отличающаяся тем, что к выходу приемного устройства основного и каждого дополнительного канала подключено устройство аналого-цифрового преобразования (АЦП); выход АЦП основного канала подключен к банку фильтров основного канала, выход АЦП каждого дополнительного канала подключен к своему банку фильтров данного дополнительного канала, в основном и дополнительных каналах выходы фильтров с номерами 2d-1 и 2d+1, d = 1, …, D подключены к сумматорам, индивидуальным для каждой пары ПФ с номерами 2d-1 и 2d+1, при этом выход фильтра с номером 2d-1 подключен к первому входу сумматора, имеющего номер d, выход фильтра с номером 2d+1 подключен ко второму входу сумматора, имеющего номер d; выход сумматора d выходных сигналов ПФ 2d-1 и 2d+1 основного канала подключен к основному входу АКПd, выход сумматора d выходных сигналов ПФ 2d-1 и 2d+1 каждого дополнительного канала 1, …, N подключен соответственно к дополнительным входам 1, …, N АКПd; в каждом дополнительном канале от 1 до N к первому входу комплексного умножителя (КУ) подканала 2d подключен вычисленный в АКПd ВК для данного канала, соответственно w₁, …, w_n; ко второму входу КУ подканала 2d подключен выход ПФ 2d того дополнительного канала, который соответствует весовому коэффициенту на первом входе КУ; выходы КУ одинаковых частотных подканалов всех дополнительных каналов подключены к общему сумматору с формированием на его выходе компенсационного сигнала данного подканала; выходной сигнал ПФ 2d основного канала подключен ко входу "+" (плюс) вычитателя, сформированный компенсационный сигнал подканала 2d подключен ко входу "-" (минус) вычитателя. Данный патент закрепляет за предлагаемым компенсатором помех алгоритм вычисления весовых коэффициентов прямого типа.

5. Патент РФ №: 2271066 «Способ адаптивной компенсации помех в реальном времени».

Сущность патента №2271066, принятого нами за прототип, заключается в подавлении одной помехи при одном компенсационном канале или нескольких помех при соответствующем числе компенсационных каналах, принимаемых по боковым лепесткам диаграммы направленности основной антенны в системах спутниковой связи. Принимаемые сигналы оцифровываются и раскладываются на квадратурные составляющие в аналого-цифровых преобразователях и далее осуществляется квадратурная обработка. На время вычислений весовых коэффициентов по адаптивному алгоритму в цифровом процессоре вводится задержка отсчетов сигналов в каналах компенсатора. Цифровой процессор вычисляет оптимальные весовые коэффициенты по методу обращения выборочной корреляционной матрицы. Время вычисления по адаптивному алгоритму и время операций ввода данных в цифровой процессор и вывода весовых коэффициентов из цифрового процессора меньше времени введенной задержки, т.е. удовлетворяет требованию для вычислений в реальном времени Технический результат, достигаемый при осуществлении заявленного изобретения, состоит в обеспечении подавления помех в реальном времени при отсутствия переходного процесса.

Цифровой адаптивный компенсатор помех, осуществляющий подавление помех в реальном времени (ЦАКРВ), предназначен для подавления помех (при соответствующем числе дополнительных каналов), принимаемых по боковым лепесткам ДН основной антенны в системах спутниковой связи. ЦАКРВ также способен подавлять помехи, принимаемые по главному лучу ДН основной антенны, но с меньшей эффективностью (сокращением зоны обслуживания абонентских станций).

Структурная схема N-канального ЦАКРВ показана на фиг. 1.

Компенсация помех осуществляется на видеочастоте. Для этого сигнал каждого элемента антенной решетки, состоящей из основной антенны (1, на фиг. 1) и одной либо нескольких (всего N) одинаковых дополнительных антенн (2), после прохождения СВЧ-тракта (3) и тракта преобразования частоты (ТПЧ, 4), а также ограничивающего полосу пропускания для дискретизации аналоговый полосовой фильтр (ПФ, 5), преобразуется в цифровой комплексный сигнал в аналого-цифровом квадратурном преобразователе (АЦКП, 6). Частота дискретизации в АЦП, входящих в АЦКП, во всех каналах должна быть одинакова. Полученные сигналы на видеочастоте используются цифровым процессором (ЦП, 7) в качестве входных данных для вычисления N комплексных оптимальных весовых коэффициентов (ВК) w₁…w_N по адаптивному алгоритму обращения выборочной корреляционной (ковариационной) матрицы. Для этого предварительно из конечных выборок входных сигналов (возможно прореженных) в разных каналах, относящихся к одинаковому времени, составляется выборочная корреляционная матрица и вектор взаимной корреляции. Время вычисления по адаптивному алгоритму должно удовлетворять требованиям реального времени, т.е. весовые коэффициенты необходимо вычислять за время, меньшее, чем поступит следующая выборка входных данных. Задержанные на свою длительность в элементах задержки (8) выборки сигналов компенсационных каналов умножаются (умножители вещественных чисел обозначены 9) на соответствующие этим сигналам, т.е. вычисленные по ним, весовые коэффициенты. После этого результаты умножения складываюся поквадратурно (в сумматорах, 10), формируя компенсационный сигнал, который вычитается из задержанной на такое же время выборки сигнала основою канала (также поквадратурно в последних перед выходом компенсатора двух сумматорах 10).

Вычисления по обращению корреляционной матрицы производятся с плавающей точкой двойной и одинарной точности. Для получения высоких характеристик подавления помех необходимо стремиться обеспечить идентичность каналов с выходов антенн до выходов АЦКП.

Технический результат: ЦАКРВ обеспечивает подавление помех при переходном процессе нулевой длительности. Это позволяет подавлять любые быстро изменяющиеся помехи независимо от их типа, при их исчезновении не происходит ухудшения отношения сигнал/шум на выходе компенсатора. В системах связи с ППРЧ не требуется запоминать весовые коэффициенты на каждой из рабочих частот, так как для компенсации помех используются "свои" ВК, т.е. ВК умножаются на те отсчеты, по которым ВК вычислялись. При реализации одно-трехканального компенсатора на ПЛИС и ЦП с использованием 10 разрядного АЦП можно подавлять помехи до 20 дБ при задержке по раскрыву антенной решетки до 16,7 нс и неидентичности каналов по амплитуде 0,5 дБ, разбросе по центральной частоте 5% и разбросе по полосе 10% (от полосы пропускания аналогового ПФ по уровню -3 дБ) при условии, что отношение сигнал/шум в основном канале компенсатора не менее 20 дБ, а отношение сигнал/шум в дополнительных каналах не более - 20 дБ. Отношение сигнал/(помеха + шум) на выходе компенсатора при этом будет не менее 9 дБ.

Совпадающие существенные признаки: Системы одинаково предназначены для единого технического результата-повышения помехозащищенности. Структуры адаптивных компенсаторов помех в прототипе и предлагаемом изобретении одинаковы. Сигналы абонентских станций, сигналы мешающих помех и шумов моделируются комплексными переменными. Одинаков алгоритм расчета весовых коэффициентов, используемых в адаптивных компенсаторах помех. Структурная схема этого алгоритма (алгоритм обращения выборочной корреляционной (ковариационной) матрицы), приведен в патентах РФ №№2271066 и 2289884.

Недостатки прототипа: в Патенте рассмотрены варианты воздействия на систему связи от одной до трех помех и предполагается решение проблемы помехозащищенности от воздействия большего числа помех установкой соответствующего числа компенсационных каналов. К сожалению, время расчета весовых коэффициентов в целях компенсационного подавления помех в принятом в Патенте-прототипе прямом методе расчета этих коэффициентов нелинейно зависит от числа компенсационных каналов (числа воздействующих помех). Время вычисления по адаптивному алгоритму должно удовлетворять требованиям реального времени, т.е. весовые коэффициенты необходимо вычислять за время, меньшее, чем поступит следующая выборка входных данных, что становится затруднительным при большом числе помех. В предлагаемом изобретении приводится способ использования группы адаптивных компенсаторов помех, повышающий эффективность борьбы с организованными помехами по сравнению с эффективностью работы одного компенсатора помех в реальном времени.

Отличительные признаки. В предлагаемом изобретении достижение технического результата - повышение помехозащиты обеспечивается за счет увеличения числа компенсаторов помех при определенном их взаимодействии и их реализации в составе многолучевой гибридно-зеркальной антенны.

Раскрытие сущности изобретения

Комплекс АКП на основе многолучевой ГЗА

Сущность изобретения и его реализация наиболее целесообразна с использованием ГЗА - антенны, состоящей из крупноапертурного зеркала и относительно небольшой облучающей решетки и сочетающая в себе значительный коэффициент направленного действия с возможностью многолучевого режима.

Рассматриваем использование на борту космического аппарата (КА) спутникового ретранслятора с ГЗА, формирующей систему лучей, покрывающую земную поверхность в виде гексагональной решетки.

В общем случае считаем также, что требуемая зона обслуживания, может быть покрыта сечениями m лучей МЛА, каждый с шириной диаграммы направленности - θ_0.5 (по уровню минус 3 дБ).

Число лучей гибридной МЛА при гексагональном построении решетки облучателей, при котором один облучатель обеспечивает один луч, определяется следующим соотношением

где n-число слоев решетки, окружающих центральный луч.

При этом, N=7 (один слой), N=19(два слоя), N=37(3 слоя), N=61 (4 слоя), N=91 (5 слоев) и т.д.

Будем представлять зону обслуживания в виде m лучей, каждый из которых является основным лучом компенсатора помех, включающего семерку лучей, в центре которого - один из m лучей, участвующий в покрытии зоны обслуживания.

Принцип построения комплекса АКП на основе многолучевой ГЗА показан на фиг. 2.

Зональными (опорными) лучами для комплекса АКП, приведенного на фиг. 2, являются лучи 1, 2, 4.

АКП 1-ого луча - АКП-1 (луч 1 - опорный; лучи 2, 3, 4, 5, 6, 7 -компенсационные).

АКП 2-ого луча - АКП-2 (луч 2 - опорный; лучи 1, 3, 7, 8, 9, 10 -компенсационные).

АКП 4-ого луча - АКП-4 (луч 4 - опорный; лучи 1, 3, 5, 12, 13, 14 -компенсационные).

Опорный луч №1 является также компенсационным для АКП-2 и АКП-4

Опорный луч №2 является также компенсационным для АКП-1

Опорный луч №4 является также компенсационным для АКП-1.

Опорные лучи соответствует основной антенне и подключенному к ней приемнику классической схемы компенсатора.

Что касается построения системы компенсаторов, то предполагается, что для этой цели должно быть использовано n парциальных приемников, подключенных к n облучателям МЛА. Общее число парциальных каналов (ПК), составляющих m компенсаторов помех может существенно превышать n парциальных приемников вследствие того, что один парциальный канал может быть использован для нескольких компенсаторов помех, и в том числе в качестве основного канала.

Будем представлять адаптивный компенсатор, обеспечивающий помехозащиту зоны обслуживания, покрываемую m лучами в виде m компенсаторов помех, каждый из которых включает в себя семерку лучей, в центре которого - один из m лучей, покрывающей зону обслуживания (фиг. 2). Этот луч соответствует основной антенне и подключенному к ней приемнику классической схемы компенсатора. Основным отличием схемы компенсаторов помех на основе ГЗА от классической схемы компенсатора является идентичность всех каналов компенсатора помех (от антенн до АЦП в пределах производственных и технологических допусков). Кроме того, в отличии от классической схемы компенсатора, между уровнями помех в основном и компенсационных каналах могут быть самые произвольные соотношения, т.е. помехи, как правило, присутствуют в зонах основных каналов компенсаторов помех.

Последнее обстоятельство отражает специфику сигнально-помеховых сценариев направлений «Земля - КА».

Зона обслуживания, соответствующая семерке лучей (например, 1-7), должна обеспечиваться 19 лучами, из которых 12 каналов (лучей) компенсационные. Каналы второго-седьмого лучей используются одновременно в четырех АКП, в двух АКП от 8 луча до 18 (только четные), и в одном АКП от 9 луча до 19 (только-нечетные). Первый луч (канал) используется во всех семи АКП.

В таблице 1 приведены возможные зоны обслуживания - количество парциальных лучей, обеспечивающих зоны обслуживания и соответствующим им общим числом, необходимых парциальных лучей МЛА

Детально канальный состав комплекса АКП для 19-лучевой ГЗА приведен в Таблице 2. Заметим, что далее используются весь набор цифровых обозначений от 0 до 9.

Примечание: Каналы 9, 11, 13, 15, 17 используются по два раза. Каналы 8, 10, 12, 14, 16, 18 используются по одному разу. Вариант построения более компактного комплекса АКП (без каналов 8, 10, 12, 14, 16, 18) может быть основан на 13-лучевой ГЗА с 6-ю АКП, имеющими 5 компенсационных каналов и один АКП с шестью компенсационными каналами.

Упрощенная проекция лучей на Земную поверхность для этой антенны представлена на фиг. 3.

Режимы работы комплекса АКП

Комплекс АКП может функционировать в двух режимах: один режим соответствует обслуживанию одним АКП одного луча. В этом режиме, возможно обслуживание зоны, покрываемой семью парциальными лучами МЛА поскольку комплекс АКП предусматривает в своем составе семерку адаптивных компенсаторов помех.

Основным режимом является вариант обеспечения повышенной помехозащищенности абонентских станций в одном - двух парциальных лучах в условиях ТВД. Этот режим характеризуется большим числом станций помех (СП) на относительно небольших пространственных площадях. Система КАКП предусматривает в этом случае возможность смены главных лучей компенсаторов. Например, для наиболее вероятного использования проекции на земную поверхность нулевого луча как площади зоны покрытия, предусматривается смена главных лучей у АКП-1, АКП-2 и АКП-3 с первого, второго и третьего АКП, на нулевой луч. При этом первый, второй и третий лучи становятся компенсационными. Весовые коэффициенты компенсаторов рассчитываются с учетом изменений в компенсационных и основных лучах.

Таким образом, в системе КАКП предусматривается в этом случае возможность изменения структуры каждого АКП таким образом, чтобы у некоторых из них происходила замена главного луча одним из компенсационных каналов с целью функционирования нескольких компенсаторов помех в интересах одной и той же парциальной зоны. При этом главные парциальные лучи компенсаторов в режиме первого варианта функционирования КАКП переходят в разряд компенсационных.

Идеологию обеспечения такого режима поясняет пример, когда необходимо обеспечить помехозащитой зону, соответствующей проекции нулевого луча на земную поверхность. Тогда в АКП-1÷АКП-3 производится перевод основных трактов этих компенсаторов помех в разряд компенсационных, а компенсационный нулевой канал каждого из АКП-1÷АКП-3 переводится в главный. Таким образом, ряд АКП комплекса функционируют в интересах нулевой парциальной зоны. Отметим, что от семерки АКП целесообразно переключить в режим 2 те АКП, которые производят лучшую фильтрацию помех. Выше, в качестве таких АКП условно были приняты АКП-0, АКП-1, АКП-2 и АКП-4. Наибольший эффект этих переключений может быть реализован после определения тех АКП, которые обеспечивают наибольшее подавление помех. Следует заметить, что уровень подавления помех зависит от большого числа факторов, в том числе от сочетания конфигурации адаптивных компенсаторов с пространственным расположением источников помех.

Что касается выявления наиболее эффективных АКП, то их следует определять по минимальной величине дисперсии мощности помех σ² в точке выходов АКП. Наиболее экономичные вычисления соответствуют следующему алгоритму:

где x_ij - i-й отсчет выходного напряжения j-го АКП для j=0÷6 и i=0÷N-1.

N - максимальное число отсчетов выходных напряжений компенсаторов

Очевидно, что для выявления наиболее эффективных АКП необходимо производить измерения величин x_ij в той же полосе частот, в которой производятся вычисления весовых коэффициентов.

В чем заключается эффект режима функционирования нескольких АКП, с одним общим зональным лучом?

Исследования качества зон обслуживания каждого из этих АКП показывает, что эти зоны характеризуются не только различными гарантированными значениями качества обслуживвания [6]. Различия этих зон имеют место также для расположения направлений связи с неудовлетворительными характеристиками. Таким образом, существует вероятность того, что для любого случайного направления связи у лучшего из нескольких АКП, функционирующих на общую зону обслуживания, характеристики линии связи будут удовлетворительными, по сравнению с вариантом одного АКП на зону. Понятие лучшего АКП в данном контексте используется в смысле большего значения отношения мощностей сигнал/помехи + шум, т.е. необходимо определить для каждого i значения 1 (номера АКП) при котором выполняется условие- max (P_si/P_j)₁, где P_si - мощность сигнала i-ой абонентской станции при функционировании 1-ого АКП, P_j - мощность помех и шумов на выходе 1-ого АКП.

Практическая реализация второго режима работы КАКП требует оперативного измерения для каждого АКП отношения мощностей сигнал/помеха и использования в каждый момент времени АКП, имеющего лучшее значение этого отношения. Что касается измерения мощности сигнала абонентских станций, то целесообразно это производить по синхрогруппе сигнального потока.

Краткое описание чертежей

На фиг. 2 показан принцип построения структур АКП. Опорный луч №1 является также компенсационным для АКП-2 и АКП-4

Опорный луч №2 является также компенсационным для АКП-1

Опорный луч №4 является также компенсационным для АКП-1.

Опорные лучи соответствует основной антенне и подключенному к ней приемнику классической схемы компенсатора.

На фиг. 3 представлена упрощенная проекция лучей на Земную поверхность для этой антенны.

На фиг. 4 приведен вариант распределения лучей МЛА по каждому из АКП, входящему в состав комплекса адаптивных компенсаторов помех. Номера лучей в верхних рамках - номера основных каналов, одновременно номера АКП комплекса. На фиг. 5 показано распределение проекций лучей МЛА на земную поверхность для конкретного расположения спутника-ретранслятора на ГСО и конкретной точки прицеливания МЛА (точка стояния космического аппарата 35° восточной долготы и точка прицеливания 57° северной широты и 37° восточной долготы).

На фиг. 6 квадраты с цифрами обозначают приемное оборудование соответствующих лучей МЛА, квадраты с обозначениями весовых коэффициентов W - перемножители весовых коэффициентов на соответствующие смеси помех и шумов.

Комплекс АКП позволяет реализовывать ряд функциональных возможностей по парированию негативного воздействия. Фиг. 4-6 поясняют режим функционирования КАКП для обеспечения помехозащищенностью зоны обслуживания, состоящей из проекций парциальных лучей (0-6).

Каждому зональному парциальному лучу ГЗА из группы 0-6 соответствует собственный АКП, который совместно с системой широкополосной связи (в виде сигналов абонентских станций (АС) с ППРЧ) обеспечивает зоне обслуживания комплексную систему помехозащиты.

Следует заметить, что использование одних и тех же трактов для группы адаптивных компенсаторов помех приводит к взаимному влиянию между различными АКП, которое снижает эффективность потенциальных возможностей одиночных АКП в данном режиме в полной мере. Так при формировании выборочной корреляционной матрицы или вектора корреляции между выходами зональных и компенсационных лучей на входы корреляторов поступают не только традиционные смеси помех и шумов, с помощью которых и формируются весовые коэффициенты компенсаторов, но в этой смеси оказываются помехи и шумы, которые воздействуют на соседние зоны обслуживания. Особенно сильные негативные влияния на АКП оказывают смеси помех и шумов основных каналов соседних компенсаторов. Поэтому часть фильтрующих возможностей конкретного АКП должна использоваться для борьбы с «внутрисистемными» помехами. Эти эффекты проявляются при реализации зон, включающих максимально возможное число проекций парциальных лучей ГЗА на поверхность Земли.

Другим режимом является обеспечение повышенной помехозащищенности абонентских станций в одном - двух парциальных лучах в условиях ТВД. (фиг. 7) Этот режим характеризуется большим числом станций помех (СП) вероятного противника на относительно небольших пространственных площадях. Система КАКП предусматривает в этом случае возможность смены главных лучей компенсаторов.

Осуществление изобретения

Приведены результаты моделирования работы комплексной системы помехозащиты для режима работы системы КАКП, включающей в себя три адаптивных компенсатора помех, обслуживающих земную поверхность, соответствующую проекции одного луча МЛА с шириной один градус по уровню половинной мощности. Исходные данные для моделирования рассчитаны с учетом использования ППРЧ в полосе 500 МГц, занимаемой шестью помехами, имеющими заградительный характер.

Исходные данные для моделирования:

Отношение мощностей помех/сигнал = не менее 50 дБ, отношение мощностей помех/шум = р_п/р_ш на входе ретранслятора 40 дБ.

Промоделированы структуры, приведенные в разделе 5.

Результаты моделирования по зонам обслуживания представлены на фиг. 8.

Зоны обслуживания при функционировании а) - АКП-0 ÷ АКП-2, б) -АКП-0, в) - АКП-1, г) - АКП-2, «*» - работоспособное направление, «-» - неработоспособное направление

Координаты станций помех: широта/долгота (48/36, 49/36, 50/36, 51/36, 52/36, 52/37); гарантированные зоны приведены в долях относительно заданного прямоугольника. Из приведенного выше рисунка видно, что одновременное использование трех АКП (фиг. 8а) приводит к большему эффекту (большей зоне обслуживания), чем постоянное использование любого, но одного АКП. Практическая реализация второго режима работы КАКП требует оперативного измерения для каждого АКП отношения мощностей сигнал/помеха и использования в каждый момент времени АКП, имеющего лучшее значение этого отношения. Что касается измерения мощности сигнала абонентских станций, то целесообразно это производить по синхрогруппам сигнальных потоков.

Изобретение относится к области адаптивных антенн и может быть использовано в системах спутниковой связи. Технический результат состоит в повышении помехозащиты, который достигается за счет увеличения числа компенсаторов помех при определенном их взаимодействии и их реализации в составе многолучевой гибридно-зеркальной антенны, состоящей из крупноапертурного зеркала и облучающей решетки. Комплекс адаптивных компенсаторов помех (АКП) функционирует в двух режимах. Один режим соответствует обслуживанию одним АКП одного луча. В этом режиме возможно обслуживание зоны, покрываемой семью парциальными лучами МЛА, поскольку комплекс АКП предусматривает в своем составе семерку адаптивных компенсаторов помех. Второй режим работы КАКП характеризуется повышенной интенсивностью работы станций помех вероятного противника на относительно небольших пространственных площадях. Система КАКП предусматривает в этом случае возможность смены главных лучей компенсаторов. 8 ил., 2 табл.

Способ адаптивной групповой компенсации помех спутниковому ретранслятору связи с многостанционным доступом в реальном времени с гибридной зеркальной антенной (ГЗА) с 19-лучевой решеткой из рупорных облучателей, расположенных в узлах гексагональной сетки, с установкой после каждого облучателя приемного модуля со сверткой и фильтрацией сигналов с ППРЧ и с аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) на выходе приемных модулей основных и компенсационных каналов, в осуществлении выборки и обработки отсчетов цифровых комплексных сигналов основных и компенсационных каналов для осуществления возможности изменения структуры каждого адаптивного компенсатора помех (АКП) таким образом, чтобы у некоторых из них происходила замена главного луча одним из компенсационных каналов для функционирования нескольких АКП в интересах одной и той же парциальной зоны, в которой могут быть обслужены N земных станций с повышенной помехозащитой, распределенные по К АКП таким образом, чтобы i-e направление связи (1≤i≤N) обрабатывалось j-ым АКП (1≤j≤К) при условии максимального отношения мощности сигнала синхрогруппы i-го направления связи к суммарной дисперсии помех на выходе j-го АКП.