Адаптивная антенная решетка Советский патент 1984 года по МПК H01Q21/22 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах радиосвязи и радиолокации с адаптивньлми антенными решетками (ААР).

Известна адаптивная антенная решетка, содержащая N) каналов, каждый из которых содержит приемный антенный элемент и весовой умножитель, выходы которых подключены к сумматору и блок формирования весовых коэффициентов С13.

Однако для сигналов большой мощности при использовании синхронизации ААР с передатчиком из-за флуктаций времени прихода полезных сигналов, обусловленных различными факторами, к числу которых.может относиться перемещение объектов в системах связи с подвижными объектами, и погрешностей .синхронизации снижается пропускная способность системы и ее помехоустойчивость вследствие подавления части полезного сигнала.

Наиболее близкой к предлагаемой является адаптивная антенная решетка, содержгицая N каналов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных приемного антенного элемента и весового умножителя сумматор, включенный на выходах все каналов, блок формирования весовых коэффициентов, входы которого подключены к выходам приемных антенных элементов, а выходы - к вторым входам весовых умножителей С 2 3.

Однако при использовании известной адаптивной антенной решетки наблюдается снижение -помехозащищенности и пропускной способности системы связи. Это связано с невозможностью приема ААР Достаточно мощных и длительнык полезных сигналов без использования специальной синхронизации времени их прихода.

Цель изобретения - повышение помхозащищенности.

Для достижения поставленной цели в адаптивную антенную решетку, содержащую N кансшов, кггждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных приемного антенного элемента и весового умножителя, сумматор, включенный на выходах всех каналов, блок формирования весовых коэффициентов, входы которого подклчены к выходам приемных антенных элментов, а выходы - к вторым входам весовых умножителей, введены классификатор наличия полезного сигнала и ключ, при этом вход классификатора нгшичия полезного сигнала и сигнальный вход ключа подключены к выходу сумматора у вьлход ключа подключен к входу Олока формирования весовых коэффициентов, а выход классификатора наличия полезного сигнала подключен к управляющему входу ключа.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенной адаптивной антенной решетки;.на фиг. 2 - структурная электрическая схема блока формирования весовых коэффициентов; на фиг. 3 - структурная электрическая схема классификатора наличия полезного сигнала; на фиг. 4 - результаты сравнительного анализа предложенной и известной . адаптивных антенных.решеток.

Адаптивная антенная решетка содержит N каналов, каждый из которых состоит из приемного антенного элемента 1 и верового умножителя 2, сумматор 3, блок 4 формирования весовых коэффициентов 4, классификатор 5 наличия полезного сигнала, ключ 6.

БФВК 4 содержит инвертирующие аттенюаторы 7, интеграторы 8, сумматоры 9. . .

Классификатор 5 наличия полезного сигнала содержит аналого-цифровой пробразователь (АЦП) 10, магистральные приемопередатчики 11, центральный процессорный элемент 12, блок 13 микропрограммного управления, контролер 14 состояния, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 15 команд, постоянное запоминающее устройство (П.ЗУ) 16 микрокоманд, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 17, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 18.

Адаптивная антенная решетка работает следующим образом.

Адаптивная смесь сосредоточенных помех, принимаемых с различных направлений, и шумов с выходов приемных антенных элементов 1 поступает на сигнальные входы весовых умножителей 2 и в БФВК 4, где формируются управляющие напряжения для весовых умножителей 2. Также в БФВК 4 поступает через открытый ключ 6 выходной сигнал ААР с выхода сумматора 3. В результате работы формируются минимумы диаграммы направленности (ДН) ААР в направлениях прихода помех. При отсутствии полезного сигнала с заданного направления на выходе классификатора 5 отсутствует управляющее напряжение. В момент прихода мощного полезного сигнала классификатор 5 определяет его присутствие и формирует управляющее напряжение для ключа 6, который запирается и подает на вход БФВК 4 нулевой потенциал. При этом в БФВК (фиг. 2) нулевой потенциал с ключа б через инвертирующий аттенюатор 7 подается на весовые умножители 2. В результате на входе интеграторов 8 напряжения также имеют нулевой потенциал, и на выходе их остаются предыдущие значения напряжений без изменения. Эти напряжения сохраняются на входах сумматора 9, на вторые входы которых поданы соответствующие значения напряжений начального вектора весовых коэффициентов, устанавливающие главный лепесток ДН ААР в заданном направлении. Таким образом, адаптация прекращается и подавления полез ного сигнала не происходит. Момент пропадания мощного полезного сигнала определяется классификатором 5, который открывает ключ 6,.и вновь происходит цикл адаптации ААР. .Классификатор 5 наличия полезного сигнала работает следующим образом. Программа, по которой проводится определение наличия на входах ААР мощного сигнала с заданного направ ления, заносится в ПЗУ 15 команд. Команды считываются из ПЗУ 15 и пост пают .в блок 13, где осуществляется дешифрация кода операции очередной команды. По коду операции команды формируется последовательность адре сов микрокоманд, по которым выполня ется данная команда. Адреса микроко манд передаются .в ПЗУ 16 микрокоманд Микрокоманды считываются из ПЗУ 16 микрокоманд и поступают для выполне ния в другие блоки контролера 14. АПЦ 10 предназначен для преобразова ния, сигналов, поступающих с выхода сумматора 3 из аналоговой в цифровую форму. Магистральный приемопередатчик 11 предназначен для ввода-вывода информации в контролер 14. Центральный процессорный элемент 12 служит для выполнения арифметических и логических операций. Блок 13 организует формирование последовательностей адресов микрокоманд. Контролер 14 состояния организует выполнение команд условных и безусловных переходов в программе. ПЗУ 15 команд предназначено для хранения программы, по которой функционирует классификатор 5. ПЗУ 16 микрокоманд служит для : уранения последовательностей микрокоманд, по которым выполняются со-. ответствующие команды. ОЗУ 17 предна значено для хранения исходных данных и промежуточных результатов решения. ЦАП 1(3 преобразует выходной с.игнал из цифровой в аналоговую форму для передачи управляющего напряжения на ключ 6. Классификатор 5 работает по следующему алгоритму. На начальном этапе функционирования происходит оценка плотности веро ятности вектора входных излучений при отсутствии полезного сигнала Данная плотность вероятности Р/ запо минается в ОЗУ 17. После получения сигнала с заданного направления внов восстанавливается плотность вероятности Pj и также запоминается в ОЗУ 17. На основе известных Р и .Р определяется порог t . Во время Функ ционирования ААР происходит постоянное восстановление текущей плотности вероятности Р и на основании сравнения с порогом принимается решение о наличии или отсутствии полезного сигнала по правилу Р(к)/Р(к-1) iU, где L - отношение правдоподобия,, определенное на начальном этапе функционирования Рг./Р, L . Восстановление плотностей вероятности осуществляется с помощью рекуррентных парзеновских оценок вида ч 1 PCNI w-if ТГ( 1) где N - объем выборки; - постоянная величина; Хг - очередное значение выходного сигнала приемного антенного элемента 1, восстановление плотности которого осуществляется. В качестве показателя эффективности использовалось относительное изменение отношений мощности сигнала к сумме мощностей помех и шума на входе и выходе ААР, т.е. п PC .ьых 1 ( п вах « Рщ быи ;рс.в ж/(ргп,в .р«..б хГ 2) где §Др tj, - мощность сигнала, помех и шума соответственно. Усреднение данного показателя в имитационной модели производится по JQ выборкам (обычно la 100) а1 . Результаты сравнительного анализа рассматриваемых алгоритмов предложенной и известной ААР, представлены на фиг. 4, где изображена зависимость Е j от отношения. Кривая 1 соответствует ААР, использующей классификатор 5, кривая 2 - ААР без . классификатора 5. Из фиг. 4 видно, что при малых мощностях полезного сигнала (левьгй участок) алгоритмы примерно равноценны. В случае увеличения мощности сигнала (правый участок) эффективность ААР с классификатором 5 значительно выше. Полученные результаты показывают, что использование предлагаемой ААР позволяет значительно повысить помехоустойчивость системы связи в случае мощных полезных сигналов без снижения помехоустойчивости при слабых сигналах, а также увеличить пропускную способность системы, так как использование классификатора не требует применения временной синхронизации.

f{l},S6

АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА, содержащая N каналов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных приемного а нтенного элемента и весового умножителя, сумматор,включенный на выходах всех канал9В,блок формирования весовых коэффициентов, входы которого подключены к выходам приемных антенных элементов, а выходы - к вторым входам весовых умножителей, о т л и чающа я с я тем, что, с целью повышения помехозсодищенностиг введены классификатор наличия полезного сигнала и ключ, при этом вход классификатора наличия полезного сигнала и сигнальный вход ключа подключены к выходу сумматора, выход ключа подключен к входу блока формирования весовых-коэффициентов, i а выход классификатора нгшичия полезного сигнала подключен к управляющему входу ключа. ы ею о ел

fS

10

JO

Tfj

№ Фиг Л

1000

100