Цифровая адаптивная фазированная антенная система (ее варианты) Советский патент 1986 года по МПК H01Q23/00 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к адаптивным антенным системам.

Цель изобретения - ускорение процесса адаптации и упрощение аппара- s турной реализации.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифровой адаптивной фазированной антенной системы (ЦАФАС, первьй вариант); на фиг. 2 - структурная 10 схема ЦАФАС (второй вариант).

Согласно первому варианту цифровая адаптивная фазированная антенная система содержит фазированную антенную решетку (ФАР) 1, диаграммо- 15 образующую схему (ДОС) 2 с аналого- цифровыми преобразователями, процессор 3, запоминающее устройство (ЗУ) А и адаптивное устройство 5, содержащее первое, второе и третье one- 20 ративные ЗУ 6, 7, 8, вычислитель скалярного произведения векторов (ВСПВ) 9, сумматор 10, делитель 11, вычислитель произведения вектора на скаляр (ВПВС) 12 и вычислитель раз- 25 ности векторов (ВРВ) 13.

Согласно второму варианту цифровая адаптивна я фазированная антенная система содержит ФАР 1, ДОС 2, процессор 3, ЗУ 4 и адаптивное устрой- зо ство 5, содержащее первое и второе и третье оперативные ЗУ 6, 7, 8, ВСПВ 9, сумматор 10, делитель 11, ВПВС 12, ВРВ 13, первьй коммутатор 14, второй Коммутатор 15.

Цифровая адаптивная фазированная антенная система (первый вариант) работает следукицим образом.

Сигналы с выходов ФАР 1 поступают на ДОС 2, в которой при помощи матри- цы коэффициентов S выполняется формирование диаграммы направленности в соответствии с выражением X, а также преобразокание в цифровую форму аналоговых сигналов. Цифровые выходные сигналы ДОС 2 записываются в ЗУ 4 и с её выходов подаются в адаптивное устройство 5, причем среди выборки, записанной в ЗУ 4, имеются обучающие вектора С; , несущие информацию о помеховой обстановке, и .защищаемые вектора Y . Вначале из ЗУ 4 считываются обучающие вектора, с помощью которых производится обучение (адаптивная настройка) адаптивного устройства 5. При этом после 55 обучения адаптивное устройство 5 имеет характеристику передачи, соот- . ветствующую оценке обратной коварна.12281722

ционной матрице помех М . Затем из ЗУ 4 считываются защищаемые вектора.

35

45

которые в адаптивном устройстве 5 подвергаются пространственной фильтрации. Результат фильтрации появляется на выходе в виде-У М .

Для получения оценки адаптивном устройстве 5 используется модифицированный алгоритм известной итерационной процедуры вычисления ре- гуляризированной оценки обратной ковариационной матрицы помех

M-Ur - MM с„„-с:,,.м::, - - с;,, -м-д-с.л

(1)

гДе Сд,. - вектор обучающей выборки; ..- параметр регуляризации,

- знак эрмитового сопряжений. Числитель дроби индекса у основания С, М (и других букв, встречающихся далее в описании) обозначает номер итерации, а знаменатель - номер вектора в выборке.

На каждой итерации можно вьще- лить три последовательных этапа:

обучение (настройка), вьшолняе- мая (например, на итерации) по алгоритму

CQ/ I t-i/i

Q.

/

-2 +

С

0/t

С.--.Г.

причем в обучении используются исходный обучающий вектор , соответ ствующий данной итерации, и этот же вектор, подвергнутый фильтрации на предыдущей итерации Cj.,, ;

фильт.рацию тех обучающих векторов которые используются на последующих итерациях

W.

W. - Q. W. 1-1 1 1-1f

фильтрацию защищаемой выборки

у. Y. - О. Y, . , I i-t 7 -1

при этом на каждой итерации фильтрация как защищаемых, так и обучаюпщх векторов, а также обучение производится по единому алгоритму.- В вычислительных операциях участвуют только векторные величины.

Адаптивное устройство 5 можно рассматривать как четырехполюсник с характеристикой передачи, соответст- вукицей матрице. М при подаче которой вектора W на его выходе формируется вектор W. МТ Wj. Вычисляемое при помощи алгоритма значение W получают, не используя в явном виде матрицу . При этом адаптивное

которые в адаптивном устройстве 5 подвергаются пространственной фильтрации. Результат фильтрации появляется на выходе в виде-У М .

Для получения оценки адаптивном устройстве 5 используется модифицированный алгоритм известной итерационной процедуры вычисления ре- гуляризированной оценки обратной ковариационной матрицы помех

M-Ur - MM с„„-с:,,.м::, - - с;,, -м-д-с.л

(1)

гДе Сд,. - вектор обучающей выборки; ..- параметр регуляризации,

- знак эрмитового сопряжений Числитель дроби индекса у основания С, М (и других букв, встречающихся далее в описании) обозначает номер итерации, а знаменатель - номер вектора в выборке.

На каждой итерации можно вьще- лить три последовательных этапа:

обучение (настройка), вьшолняе- мая (например, на итерации) п алгоритму

CQ/ I t-i/i

Q.

/

-2 +

С

0/t

С.--.Г.

причем в обучении используются исходный обучающий вектор , соответствующий данной итерации, и этот же вектор, подвергнутый фильтрации на предыдущей итерации Cj.,, ;

фильт.рацию тех обучающих векторов, которые используются на последующих итерациях

W.

W. - Q. W. 1-1 1 1-1f

5

5

фильтрацию защищаемой выборки

у. Y. - О. Y, . , I i-t 7 -1

при этом на каждой итерации фильтрация как защищаемых, так и обучаюпщх векторов, а также обучение производится по единому алгоритму.- В вычислительных операциях участвуют только векторные величины.

Адаптивное устройство 5 можно рассматривать как четырехполюсник с характеристикой передачи, соответст- вукицей матрице. М при подаче которой вектора W на его выходе формируется вектор W. МТ Wj. Вычисляемое при помощи алгоритма значение W получают, не используя в явном виде матрицу . При этом адаптивное

устройство 5 состоит из набора однотипных модулей, в которьрс обработка входного вектора производится по единому общему алгоритму, и выполняет функции вычислителя М и пространственного фильтра, что позволяет упростить аппаратурную реализацию адаптивного устройства 5 и унифицировать аппаратуру.

Рассмотрим работу модуля в трех выполняемьпс последовательно режимах. обучения, -фильтрации обучающих векторов, фильтрации защищаемой выборки Обучение. В режиме обучения .в i-м модуле и на него подается обу- чакщий вектор, номер которого соответствует номеру данного модуля, и

sTet же вектор, но подвергнутый фильтрации в предьщущем модуле. Исходный обучающий вектор С считывается из ЗУ 4 и записывается в оперативное ЗУ-6. Обучающий вектор С|.,I поступает с выхода предьщущего модуля на первый вход ВСПВ 9 и записывается в ЗУ 7. В ВСПВ 9 производится перемножение вектора с вектором С . , считанным из оперативного

ЗУ 6 °

,o/i .-/.

каляр-Qj подается на сумматор 10, в котором производится его суммирование с числом вектором регуляриз.а- ции

.-2

(, С,.,,,).

и результат записывается в выходной регистр сумматора 10, в котором он хранится на протяжении последующих режимов фильтрации данного модуля.

На этом процедура обучения модуля заканчивается и ее результатом являются весовые коэффициенты, хранящиеся в оперативных ЗУ 6, 7 и скалярная величина, хранящаяся в выходном регистре сумматора 10.

В режиме фильтрации в i-м модуле на него подаются обучающие вектора, которые используются для обучения последующих модулей и подвергались фильтрации в Предыдущих модулях. Например, через модуль, обученный на i-M шаге итерации, пропускаются обучающие выборки (с номерами i)

,-,/,4, S-i/i 2 -- борки, которые используются при обучении соответствующих модулей i + 1, i + 2,..., и т.д. причем эти выбор

ки ранее подв ергались фильтрации в i-1 модуле.

Вычисление результирующего вектора С;, где m i, выполняется в та- 5 кой последовательности. Вектор С,-.. с выхода предьщущего модуля поступает через первый информационный вход i-ro модуля на вычислитель ВСПВ 9, а также на ОЗУ 8 и записывается в 10 него. В вычислителе ВСПВ 9 производится перемножение вектора С,-.,/ с вектором С, хранящимся в ОЗУ 6, Cj , . Результирующий скаляр подается на делитель 11, в котором 15 производится деление на сумму ( + C. ), хранящуюся в регистре сумматора 10

20

25

0

Co/j С i-)/tT)

ru- +С -С. ,,

Ioil1-1/1

Это частное (скаляр) перемножается в ВПВС 12 с вектором С- .. , считанным из оперативного ЗУ 7

i-T/i o/i i-lltn

,..,/,

и результирующий вектор вычитается в вычислителе ВРВ 13 из вектора С- ,

/И.

считанного из оперативного ЗУ 8, Г -г - оЬ i -t/m ,

. .--гк -е с„. -. с,.,/

На этом фильтрация обучающего вектора Со/(п в i-M модуле заканчивается. Затем вектор С;,;+ используется для обучения следующего i + 1 модуля.

Таким обр-азом, каждый i-й вектор подвергается фильтрации 1-1 раз, проходя через i-1 модуль, и на 1-ша- ге используется для обучения i-го модуля. С окончанием обучения последнего модуля завершается обучение всего адаптивного устройства 5. Затем адаптивное устройство 5 используется для фильтрации защищаемой выборки.

В этом режиме в i-м модуле на него подаются защищаемые вектора выборки из предьщзгщих модулей. Процедура фильтращ1и защищаемых выборок выполняется как указано. В результате все вектора защищаемой выборки подвергаются фильтрации в каждом модуле адаптивного устройства 5. Во втором варианте цифровой адаптивной 5 фазированной антенной системы делитель 11 работает в течение режимов и фильтрации как обучающих векторов, так и защищаемых векторов, за трачи-

0

5

вая на это определенный ресурс времени. При большом объеме защищаемых векторов операция деления создает значительные задержки обработки сиг- нала или в случае вьгаолнения алгоритма на ЭВМ дополнительную загрузку машины и увеличивает время работы программы.

Для сокращения числа операций и следовательно, времени обработки .сигнала в адаптивное устройство 5 введены два коммутатора 14 и 15. Как и в первом варианте адаптивное устройство 5 (каждый модуль) работает в трех режимах: обучения, фильтрации обучающих выборок, фильтрации защищаемых выборок. При этом при выполнении процедур фильтрации делитель 11 не используется,и число one- раций (и время, затрачиваемое на обработку векторов) сокращается.

Таким образом, в цифровой адаптивной фазированной антенной системе операции обучения и фильтрации защищаемой выборки совмещены и аппаратно реализуются с помощью однотипных модулей, при этом число операций комплексного умножения сокращено и вы- йгрыш увеличивается с увеличением числа каналов ФАР.

Формула изобретения

1. Цифровая адаптивная фазированная антенная система, содержащая фазированную антенную решетку (ФАР), диаграммообразующую схему (ДОС) с аналого-цифровьпш преобразователями, процессор и адаптивное устройство, .причем выходы ФАР подключены к соответствующим первым входам ДОС, второй вход которой подключен к выходу процессора, отличающаяся тем, что, с целью ускорения процесса адаптации и упрощения аппаратурной реализации, введено запоминающее устройство (ЗУ), а адаптивное устройство выполнено в .виде трех оперативных ЗУ, вычислителя скалярного произведения векторов, вычислителя произведения вектора на скаляр, вычислителя разности векторов, сумма- Тора и делителя, причем выход ДОС соединен с первым входом ЗУ, выход которого подключен к входам первого, второго и третьего оперативных ЗУ и к первому входу вычислителя скалярно

го произведения векторов, второй вход которого подключен к выходу первого оперативного ЗУ, а выход соединен с первым входом делителя и сумматора, второй вход которого является входом, для подачи параметра регуляризации, выход сумматора подключен к второму входу делителя, выход которого подключен к первому входу вычислителя произведения вектора на скаляр, второй вход которого соединен с выходом второго оперативного ЗУ, а выход соединен с первым входом вычислителя разности векторов, второй вход которого подключен к выходу третьего оперативного ЗУ, а выход соединен с вторым входом ЗУ и является выходом цифровой адаптивной фазированной антенной системы.

2. Цифровая адаптивная фазированная антенная система, содержащая фазированную антенную решетку (ФАР), диаграммообразующую схему (ДОС) с аналого-цифровыми преобразователями, процессор и адаптивное устройство, причем выходы ФАР подключены к соответствующим первым входам ДОС, БТО-: рой вход которой подключен к выходу процессора, отличающ аяся тем, что, с целью ускорения процесса адаптации и упрощения аппаратурной реализации, введено запоминающее устройство (ЗУ), а адаптивное устройство выполнено в виде трех оперативных ЗУ, вычислителя скалярного произведения векторов, вычислителя произведения вектора на скаляр, вычислителя разности векторов, сумматора, делителя, первого и второго коммутаторов, причем выход ДОС соединен с первым входом ЗУ, выход которого соединен с входами первого и третьего оперативных ЗУ, а также с первыми входами второго коммутатора и вычислителя скалярного произведения векторов, выход которого подключен к первым входам первого коммутатора и сумматора, второй вход которого является входом для подачи параметра регуляризации, выход сумматора через делитель по цключен к второму .входу первого коьжутатора, выход которого соединен с первым входом вычислителя произведения вектора на скаляр, выход которого соединен с первым входом вычислителя разности векторов и с вторым входом второго коммутатора, выход которого через второе оперативное ЗУ подключен к второму входу вычислителя произведения вектора йа скаляр, причем второй вход вычислителя разности векторов подключен- к

Составитель О.Зарощрнский Редактор С.Лисина Техред И.Попович Корректор Г.Решетник

Заказ 2293/53 Тираж 643Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

выходу третьего опе ративного ЗУ, а выход подключен к второму входу ЗУ и является выходом цифровой адаптив- 5 ной фазированной антенной системы.

Изобретение относится к радиотехнике,. Ус.крряется процесс адаптации и упрощается аппаратурная реализация. Система содержит: 1-й вариант - фазированную антен}1ую решетку аТ:-. 1, диаграммообразующую схему 2 с АЦП, процессор 3, запоминающее устройство (ЗУ) 4 и адаптивное устройство (АУ) 5, состоящее из 3-х оперативных ЗУ 6, 7, 8, вь1числителя скалярного произведения векторов 9,- сумматора 10, делителя 11, вычислителя произведения вектора на скаляр 12, вычис-- лителя разности векторов 13. АУ 5 состоит из набора однотипных модулей, обрабатывающих входной вектор по единому общему алгоритму, что упрощает аппаратурную реализацию АУ 5 и унифицирует аппаратуру. Во 2-м варианте для сокращения числа операций (времени обработки сигнала) в АУ 5 введены два коммутатора 14, 15. Как и в 1-м варианте, АУ 5 работает в 3-х режимах: обучения, фильтрации обучающих выборок, фильтрации защищаемых выборок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л N9 00 Фи