RU2271057C2 - Adaptive antenna array compensating for results of directivity pattern scanning - Google Patents
Adaptive antenna array compensating for results of directivity pattern scanning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2271057C2 RU2271057C2 RU2004115721/09A RU2004115721A RU2271057C2 RU 2271057 C2 RU2271057 C2 RU 2271057C2 RU 2004115721/09 A RU2004115721/09 A RU 2004115721/09A RU 2004115721 A RU2004115721 A RU 2004115721A RU 2271057 C2 RU2271057 C2 RU 2271057C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation pattern
- antenna array
- interference
- elements
- scanning
- Prior art date
Links
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 72
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 25
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 11
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области приема и обработки информации в условиях воздействия помех и, в частности, к радиолокации.The invention relates to the field of reception and processing of information under the influence of interference and, in particular, to radar.
Известна многоэлементная адаптивная антенная решетка с управляемой диаграммой направленности [1, с.202, рис.5.17], которая состоит из N пространственных каналов. Каждый из пространственных каналов включает в себя последовательно соединенные: элемент антенной решетки, корреляционный смеситель, усилитель, интегрирующий фильтр, элемент управления диаграммы направленности, смеситель, сумматор.Known multi-element adaptive antenna array with a controlled radiation pattern [1, p.202, Fig.5.17], which consists of N spatial channels. Each of the spatial channels includes serially connected: antenna array element, correlation mixer, amplifier, integrating filter, radiation pattern control element, mixer, adder.
Выход каждого пространственного канала соединен с соответствующим входом сумматора, выход которого является выходом антенной решетки. Выход каждого из элементов антенной решетки подключен ко второму входу смесителя соответствующего пространственного канала. На второй вход элемента управления диаграммы направленности каждого из пространственных каналов вводится соответствующий сигнал управления диаграммы направленности. Выход антенной решетки подключен ко всем вторым входам корреляционных смесителей.The output of each spatial channel is connected to the corresponding input of the adder, the output of which is the output of the antenna array. The output of each of the elements of the antenna array is connected to the second input of the mixer of the corresponding spatial channel. At the second input of the radiation pattern control element of each of the spatial channels, a corresponding radiation pattern control signal is input. The output of the antenna array is connected to all second inputs of the correlation mixers.
Режим работы данного устройства предполагает пространственную статичность диаграммы направленности и источника помехи. В случае изменяющегося на интервале адаптации антенной решетки пространственного рассогласования максимума диаграммы направленности и источника помех формирование провалов в диаграмме направленности будет происходить с ошибкой. Это приведет к низкой эффективности пространственного подавления помехи.The operating mode of this device assumes the spatial static nature of the radiation pattern and the source of interference. In the case of a spatial mismatch of the maximum of the radiation pattern and the source of interference that varies over the adaptation interval of the antenna array, the formation of dips in the radiation pattern will occur with an error. This will result in poor spatial interference suppression.
Таким образом, недостатком данного устройства является низкая эффективность пространственного подавления помех.Thus, the disadvantage of this device is the low spatial interference suppression efficiency.
Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является устройство адаптивной антенной решетки [2, с.338, рис.5.10], структурная схема которого приведена на фиг.1.The closest to the invention in terms of features is the device of an adaptive antenna array [2, p.338, Fig.5.10], the structural diagram of which is shown in figure 1.
Входом адаптивной антенной решетки являются N элементов антенной решетки 1, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами N элементов весовых коэффициентов 2 и соответствующими входами адаптивного процессора 3. К каждому из управляемых входов элементов весовых коэффициентов 2 подключен соответствующий выход адаптивного процессора 3. Выходы элементов весовых коэффициентов 2 являются соответствующими входами сумматора 4, являющегося выходом адаптивной антенной решетки.The input of the adaptive antenna array is N elements of the
Весовые коэффициенты обеспечивают управление амплитудно-фазовым распределением элементов антенной решетки, то есть являются комплексными.Weighting factors provide control of the amplitude-phase distribution of the elements of the antenna array, that is, they are complex.
Выбор прототипа с цифровым управлением обусловлен рядом достоинств. В настоящее время в адаптивных антенных решетках наряду с цифровыми используются аналоговые контуры управления. Достоинством аналоговых контуров управления является возможность обработки сигналов в реальном масштабе времени, большой динамический диапазон сигналов, простота реализации. Однако аналоговые контуры управления обладают большими габаритами и высоким энергопотреблением. Поэтому использование их в адаптивных антенных решетках с большим числом антенных элементов 1 вызывает сложности в реализации таких адаптивных антенных решеток. Дополнительные трудности в реализации аналоговых контуров управления возникают из-за нелинейности элементов фидерного тракта, контуров управления и весовых коэффициентов. Поэтому для устранения этих недостатков в адаптивных антенных решетках используют адаптивный цифровой процессор.The choice of a prototype with digital control is due to a number of advantages. Currently, adaptive antenna arrays use analog control loops along with digital ones. The advantage of analog control loops is the ability to process signals in real time, a large dynamic range of signals, and ease of implementation. However, the analog control loops are large and energy efficient. Therefore, their use in adaptive antenna arrays with a large number of
Структурная схема адаптивного процессора 3, изображенная на фиг.2, содержит:The block diagram of the
УВХ - устройство выборки и хранения сигналов;UVX - a device for sampling and storing signals;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь;ADC - analog-to-digital converter;
ЭВМ - электронно-вычислительная машина;Computer - electronic computer;
ЦАП - цифроаналоговый преобразователь.DAC - Digital-to-Analog Converter.
В основу адаптивного процессора 3, изображенного на фиг.2, положено вычислительное устройство - электронно-вычислительная машина (ЭВМ). Такой процессор работает только с цифровыми сигналами. Поэтому на входе процессора предусматривается аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а на входе - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Для оценки весовых коэффициентов используют корреляционную матрицу помех. С этой целью перед АЦП включают устройство выборки и хранения (УВХ) сигналов. Это устройство предназначено для оценки сигнала в определенный момент времени и хранения этого значения в течение некоторого времени. В случае, когда обрабатываемый сигнал относительно низкочастотный, то есть период несущих колебаний много больше времени выполнения операций в ЭВМ, тогда цифровой процессор будет успевать отслеживать в реальном масштабе времени высокочастотный сигнал и устройство выборки и хранения сигналов при этом не понадобится.The
Определение адаптивным процессором 3 весовых коэффициентов может производиться по различным критериям оптимальности. К наиболее известным критериям оптимальности при расчете весовых коэффициентов [2, с.151] относятся:The adaptive processor determines 3 weighting coefficients according to various optimality criteria. The most well-known optimality criteria when calculating weighting coefficients [2, p.151] include:
1) минимум среднеквадратической ошибки;1) minimum standard error;
2) максимум отношения сигнал / (шум + помеха);2) maximum signal / signal (noise + interference) ratio;
3) максимум отношения правдоподобия;3) maximum likelihood ratio;
4) минимум мощности выходного сигнала.4) minimum output power.
Имеет место почти полная идентичность соотношений для расчета оптимальных весовых коэффициентов Wopt, так как все формулы для различных критериев могут быть представлены в виде:There is an almost complete identity of the ratios for calculating the optimal weighting factors W opt , since all formulas for various criteria can be represented as:
где β - постоянный коэффициент;where β is a constant coefficient;
R-1 - обратная корреляционная матрица;R -1 is the inverse correlation matrix;
Sc - вектор, описывающий направление прихода полезного сигнала.S c is a vector describing the direction of arrival of the useful signal.
В случае, когда полезный сигнал и помеха разнесены по пространству более чем на ширину диаграммы направленности (т.е. помеха воздействует по боковым лепесткам) R≈Rхх, где Rхх - корреляционная матрица помех, вычисляемая по формуле [2, с.75, формула (1.200)]:In the case when the useful signal and the interference are separated in space by more than the width of the radiation pattern (i.e., the interference affects the side lobes) R≈R xx , where R xx is the correlation matrix of interference calculated by the formula [2, p.75 , formula (1.200)]:
По определению корреляционная матрица помех Rхх должна вычисляться посредством усреднения по реализациям. Но имеется только одна реализация. Поэтому в предположении об эргодичности случайного процесса [3, с.124], по которому имеется только единственная реализация, корреляционную матрицу помех Rхх вычисляют путем усреднения во времени.By definition, the interference correlation matrix R xx must be calculated by averaging over implementations. But there is only one implementation. Therefore, under the assumption of ergodicity of a random process [3, p. 124], according to which there is only one implementation, the interference correlation matrix R xx is calculated by averaging over time.
Во всех известных устройствах при применении указанных критериев предполагают, что на интервале усреднения корреляционной матрицы помех пространственное рассогласование между максимумом диаграммы направленности и источником помех отсутствует. На практике рассогласование может создаваться либо при сканировании диаграммы направленности, либо при изменении угловых координат источника помех относительно РЛС, либо при одновременном существовании указанных причин. Однако, проведенные расчеты показывают, что на интервале усреднения корреляционной матрицы помех изменение угловых координат источника помех относительно РЛС вносит незначительное угловое рассогласование и в большинстве случаев им можно пренебречь. Сканирование диаграммы направленности вносит значительные ошибки в расчет корреляционной матрицы помех Rхх, чем снижает эффективность пространственного подавления помех в РЛС.In all known devices, when applying these criteria, it is assumed that there is no spatial mismatch between the maximum of the radiation pattern and the source of interference in the averaging interval of the correlation matrix of interference. In practice, a mismatch can be created either by scanning the radiation pattern, or by changing the angular coordinates of the interference source relative to the radar, or if these reasons exist simultaneously. However, the calculations show that, on the averaging interval of the correlation matrix of interference, a change in the angular coordinates of the interference source relative to the radar introduces a slight angular mismatch and can be neglected in most cases. The scanning of the radiation pattern introduces significant errors in the calculation of the correlation matrix of interference R xx , which reduces the effectiveness of spatial interference suppression in the radar.
Выражение для (m,n) элемента корреляционной матрицы помех Rхх, рассчитанной в условиях сканирования диаграммы направленности на интервале усреднения, представленного последовательностью {t1,t2,...,tL}, будет в соответствии с формулой (2) иметь видThe expression for the (m, n) element of the interference correlation matrix R xx calculated under the conditions of scanning the radiation pattern on the averaging interval represented by the sequence {t 1 , t 2 , ..., t L } will have, in accordance with formula (2), view
где i - номер временного отсчета;where i is the number of the time reference;
- пространственная структура помехи, принятой m-м элементом антенной решетки 1 в момент времени ti; - spatial structure of the interference received by the m-th element of the
- значение фазы в пространственной структуре помехи, принятой m-м элементом антенной решетки 1 в момент времени ti, без влияния сканирования диаграммы направленности; - the phase value in the spatial structure of the interference received by the m-th element of the
- значение в момент времени ti в m-м элементе антенной решетки 1 фазовой составляющей в пространственной структуре помехи, вызванной влиянием сканирования диаграммы направленности; - the value at time t i in the m-th element of the
- пространственная структура помехи, принятой n-м элементом антенной решетки 1 в момент времени ti; - spatial structure of the interference received by the nth element of the
- значение в момент времени ti в n-м элементе антенной решетки 1 фазовой составляющей в пространственной структуре помехи, вызванной влиянием сканирования диаграммы направленности; - the value at time t i in the nth element of the
- значение фазы в пространственной структуре помехи, принятой n-м элементом антенной решетки 1 в момент времени ti, без влияния сканирования диаграммы направленности; - the phase value in the spatial structure of the interference received by the nth element of the
Xm(ti) - временная структура помехи, принятой m-м элементом антенной решетки 1 в момент времени ti;X m (t i ) is the temporal structure of the interference received by the mth element of the
Xn(ti) - временная структура помехи, принятой n-м элементом антенной решетки 1 в момент времени ti;X n (t i ) is the temporal structure of the interference received by the nth element of the
* - операция комплексного сопряжения.* - operation of complex pairing.
Формула (3) показывает, что в каждый момент времени ti слагаемое образованной суммы (3) имеет добавочный множитель приводящий к ошибкам в расчете корреляционной матрицы помех Rxx. При статическом условии, т.е. без сканирования диаграммы направленности, выражение для (m,n) элемента корреляционной матрицы помех Rxx на интервале усреднения, представленного последовательностью {t1,t2,...,tL], будет в соответствии с формулой (2) иметь видFormula (3) shows that at each time t i the term of the formed sum (3) has an additional factor leading to errors in the calculation of the correlation matrix of interference R xx . Under the static condition, i.e. without scanning the radiation pattern, the expression for the (m, n) element of the interference correlation matrix R xx on the averaging interval represented by the sequence {t 1 , t 2 , ..., t L ] will, in accordance with formula (2), take the form
Отличие формулы (4) от формулы (3) состоит в том, что у слагаемых в (4) отсутствуют добавочные множители вызывающие ошибки в расчете корреляционной матрицы помех Rxx. Это объясняется тем, что неподвижность диаграммы направленности на интервале усреднения, представленного последовательностью {t1,t2,...,tL}, не вызывает появления фазовых набегов, которые образуются при сканировании диаграммы направленности.The difference between formula (4) and formula (3) is that the terms in (4) do not have additional factors causing errors in calculating the correlation matrix of interference R xx . This is due to the fact that the immobility of the radiation pattern in the averaging interval represented by the sequence {t 1 , t 2 , ..., t L } does not cause the appearance of phase raids that are formed when scanning the radiation pattern.
Таким образом, при сканировании диаграммы направленности фазовые набеги, вызванные сканированием диаграммы направленности в различные моменты времени в элементах антенной решетки 1, будут различными. Это приводит к тому, что полученная корреляционная матрица помех Rxx будет отличаться от корреляционной матрицы помех, полученной в статических условиях, т.е. без сканирования диаграммы направленности, что снижает эффективность пространственного подавления помех.Thus, when scanning the radiation pattern, phase incursions caused by scanning the radiation pattern at different points in time in the elements of the
На фиг.3 показаны графики зависимости неподвижной диаграммы направленности адаптивной антенной решетки при воздействии помех [2, рис.5.1, с.328] и [4, рис.17.8, с.398]. По оси ординат буквой F обозначены значения диаграммы направленности. По оси абсцисс буквой Θ обозначены значения пространственных углов. Стрелками с надписью «Помеха» показаны угловые направления на источник помехи в моменты времени t1, t2 и tL. Пространственные углы направлений на источник помехи в указанные моменты времени обозначены, соответственно, .Figure 3 shows the dependency graphs of a fixed radiation pattern of an adaptive antenna array under the influence of interference [2, Fig. 5.1, p. 328] and [4, Fig. 17.8, p. 388]. On the ordinate axis, the letter F denotes the values of the radiation pattern. On the x-axis, the letter Θ indicates the values of the spatial angles. The arrows with the inscription "Interference" show the angular directions to the source of interference at time t 1 , t 2 and t L. The spatial angles of directions to the source of interference at the indicated times are indicated, respectively, .
Представленный графический материал является иллюстрацией подавления помех адаптивной антенной решеткой при отсутствии сканирования диаграммы направленности. Показано, что в моменты времени t1, t2 и tL направление источника излучения помехи не меняется. По вычисленной корреляционной матрице помех Rxx адаптивный процессор 3 формирует весовые коэффициенты Wopt, которые обеспечивают формирование в диаграмме направленности провала до нулевого значения в направлении на источник помехи. Интерпретация работы адаптивной антенной решетки состоит из следующей последовательности действий:The graphic material presented is an illustration of the suppression of noise by an adaptive antenna array in the absence of radiation pattern scanning. It is shown that at times t 1 , t 2 and t L the direction of the interference radiation source does not change. According to the calculated interference correlation matrix R xx, the
1. Определяется исходная диаграмма направленности антенной решетки F0(θ).1. The initial radiation pattern of the antenna array F 0 (θ) is determined.
2. Устанавливается по принятому помеховому сигналу направление на источник помехи θП.2. The direction to the source of interference θ P is determined by the received interfering signal.
3. Формируется с провалом в направлении на источник помехи диаграмма направленности адаптивной антенной решетки.3. A directional pattern of the adaptive antenna array is formed with a dip in the direction of the interference source.
Однако, при сканировании диаграммы направленности работа адаптивной антенной решетки имеет отличия, которые отражены на фиг.4.However, when scanning the radiation pattern, the work of the adaptive antenna array has differences, which are reflected in figure 4.
На фиг.4 показаны графики зависимости сканирующей диаграммы направленности адаптивной антенной решетки при воздействии помех. По оси ординат буквой F обозначены значения диаграммы направленности. По оси абсцисс буквой Θ обозначены значения пространственных углов. Стрелками с надписью «Помеха» показаны угловые направления на источник помехи в моменты времени t1, t2 и tL. Пространственные углы направлений на источник помехи в указанные моменты времени обозначены, соответственно, .Figure 4 shows the graphs of the dependence of the scanning radiation pattern of the adaptive antenna array when exposed to interference. On the ordinate axis, the letter F denotes the values of the radiation pattern. On the x-axis, the letter Θ indicates the values of the spatial angles. The arrows with the inscription "Interference" show the angular directions to the source of interference at time t 1 , t 2 and t L. The spatial angles of directions to the source of interference at the indicated times are indicated, respectively, .
Показано, что в моменты времени t1, t2 и tL направление на источник излучения помехи меняется в результате сканирования диаграммы направленности. По вычисленной корреляционной матрице помех Rxx адаптивный процессор 3 формирует весовые коэффициенты Wopt, которые, как показано на нижнем графике фиг.4, создают в диаграмме направленности провал, не обеспечивающий достижения нулевого значения в направлении на источник помехи. Это подтверждает снижение эффективности пространственного подавления помех по сравнению с пространственным подавлением помех адаптивной антенной решеткой с неподвижной диаграммой направленности.It is shown that at times t 1 , t 2 and t L, the direction of the interference radiation source changes as a result of scanning the radiation pattern. According to the calculated interference correlation matrix R xx, the
На фиг.5 показаны зависимости коэффициента использования энергии от углового параметра [5, с.115, с.321] по результатам моделирования адаптивной антенной решетки.Figure 5 shows the dependence of the energy utilization coefficient on the angular parameter [5, p. 115, p. 311] according to the results of modeling an adaptive antenna array.
Коэффициент использования энергии показывает, какая часть энергии полезного сигнала используется «полезно» при наличии внешней помехи. Он характеризует потери энергии полезного сигнала при обработке полезного сигнала на фоне помех по сравнению с потерями энергии полезного сигнала при обработке полезного сигнала на фоне собственных шумов.The energy utilization coefficient shows how much of the useful signal energy is used “useful” in the presence of external interference. It characterizes the energy loss of the useful signal when processing the useful signal against interference compared with the energy loss of the useful signal when processing the useful signal due to intrinsic noise.
По оси ординат коэффициент использования энергии, измеряемый в дБ, обозначен КuΔ, дБ. По оси абсцисс буквой u обозначен безразмерный угловой параметр. Обозначены величины угловых смещений, вызванных сканированием диаграммы направленности: Δu=-0.01 и Δu=-0.001. Кривые, обозначенные цифрой 1, соответствуют воздействию помехи, превышающей собственные шумы на 20 дБ, цифрой 2 на 30 дБ, цифрой 3 на 40 дБ и цифрой 4 на 50 дБ. Результаты моделирования доказывают, что увеличение углового рассогласования, вызванного сканированием диаграммы направленности при прочих равных условиях, вызывает ухудшение эффективности пространственного подавления помех. Например, для помехи, характеризующейся уровнем 50 дБ, что соответствует кривой, обозначенной цифрой 4, ухудшение эффективности подавления при рассогласовании Δu=-0.001 составило 7 дБ и при рассогласовании Δu=-0.01 составило 13 дБ.On the ordinate axis, the energy utilization coefficient, measured in dB, is indicated by K uΔ , dB. On the abscissa axis, the letter u denotes the dimensionless angular parameter. The angular displacements caused by scanning the radiation pattern are indicated: Δu = -0.01 and Δu = -0.001. The curves indicated by the
Таким образом, недостатком рассмотренного устройства, наиболее близкого к изобретению, является снижение эффективности пространственного подавления помех при сканировании диаграммы направленности.Thus, the disadvantage of the considered device, the closest to the invention, is the reduction in the efficiency of spatial interference suppression when scanning the radiation pattern.
Техническим результатом изобретения является создание адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, что приведет к повышению эффективности пространственного подавления помех адаптивной антенной решетки при сканировании диаграммы направленности.The technical result of the invention is the creation of an adaptive antenna array that compensates for the result of scanning the radiation pattern, which will increase the efficiency of spatial interference suppression of the adaptive antenna array when scanning the radiation pattern.
Технический результат достигается тем, что в прототип, состоящий из N элементов антенной решетки, N элементов весовых коэффициентов, адаптивного процессора и сумматора, дополнительно вводятся (N×D) элементов весовых коэффициентов компенсации сканирования диаграммы направленности, D определяет количество возможных источников помех.The technical result is achieved by the fact that in the prototype, consisting of N elements of the antenna array, N elements of the weight coefficients, the adaptive processor and the adder, (N × D) elements of the weight coefficients of the compensation for scanning the radiation pattern are additionally introduced, D determines the number of possible sources of interference.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена структурная схема устройства, наиболее близкого к изобретению - адаптивная антенная решетка, на фиг.2 изображена структурная схема адаптивного процессора, на фиг.3 изображены графики зависимости неподвижной диаграммы направленности адаптивной антенной решетки при воздействии помех, на фиг.4 изображены графики зависимости сканирующей диаграммы направленности адаптивной антенной решетки при воздействии помех, на фиг.5 изображены графики зависимости коэффициента использования энергии в прототипе при воздействии помехи, на фиг.6 изображена структурная схема адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, на фиг.7 изображены графики зависимости коэффициента использования энергии в адаптивной антенной решетке, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a block diagram of a device closest to the invention - an adaptive antenna array, Fig. 2 shows a block diagram of an adaptive processor, Fig. 3 shows graphs of a fixed radiation pattern of an adaptive antenna array under the influence of interference , Fig. 4 shows graphs of the dependence of the scanning radiation pattern of the adaptive antenna array under the influence of interference, Fig. 5 shows graphs of the dependence of the utilization coefficient Bani energy in the prior art when subjected to interference, Figure 6 shows a block diagram of an adaptive array antenna, compensating the result of scanning the radiation pattern, Figure 7 shows graphs of the energy ratio in the adaptive array antenna, the compensating scan result directivity pattern.
Адаптивная антенная решетка, компенсирующая результат сканирования диаграммы направленности, структурная схема которой изображена на фиг.6, состоит из N элементов антенной решетки 1, N элементов весовых коэффициентов 2, адаптивного процессора 3, сумматора 4, введенных (N×D) элементов весовых коэффициентов компенсации результатов сканирования диаграммы направленности 5, D определяет количество возможных источников помех.An adaptive antenna array that compensates for the result of scanning the radiation pattern, the structural diagram of which is shown in Fig.6, consists of N elements of the
Входом адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, являются элементы антенной решетки 1, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами N элементов весовых коэффициентов 2. К каждому из управляемых входов элементов весовых коэффициентов 2 подключен соответствующий выход адаптивного процессора 3. Выходы элементов весовых коэффициентов 2 являются соответствующими входами сумматора 4, являющегося выходом адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности.The input of the adaptive antenna array, compensating for the result of scanning the radiation pattern, are the elements of the
Каждый из выходов элементов антенной решетки 1 соединен с соответствующими первыми входами (N×D) элементов 5. На каждый из управляемых входов (N×D) элементов 5 подключены соответствующие (N×D) выходы адаптивного процессора 3. Каждый из выходов элементов 5 соединен с отдельными соответствующими (N×D) входами адаптивного процессора 3.Each of the outputs of the elements of the
Работа адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, состоит в следующем.The work of an adaptive antenna array that compensates for the result of scanning the radiation pattern is as follows.
При поступлении помехи на вход адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, на выходе элементов антенной решетки 1 на временном интервале усреднения при вычислении корреляционной матрицы помех Rxx появляются дополнительные фазовые набеги, возникающие в ходе сканирования диаграммы направленности. Адаптивный процессор 3, используя известные параметры сканирования диаграммы направленности, формирует управляющие сигналы для элементов 5, в которых компенсируются фазовые набеги, возникающие в ходе сканирования диаграммы направленности. В результате этого происходит устранение данных фазовых набегов. Это приводит к тому, что корреляционная матрица помех Rxx вычисляется с учетом компенсации негативного влияния сканирования диаграммы направленности, что позволяет сформировать провал в диаграмме направленности до нулевого значения, как и в статичном случае.When interference arrives at the input of the adaptive antenna array, which compensates for the result of scanning the radiation pattern, at the output of the elements of the
Достижение провала до нулевого значения в диаграмме направленности обеспечено тем, что в каждый момент времени на интервале усреднения появляющийся фазовый набег компенсируется с помощью соответствующих элементов 5. Графическая иллюстрация работы адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, в этом случае совпадает с графиками, приведенными на фиг.3.Achieving a dip to a zero value in the radiation pattern is ensured by the fact that at each time point in the averaging interval, the appearing phase incursion is compensated using the
В этой ситуации при сканирующей диаграмме направленности уровень провала в направлении на источник помех в диаграмме направленности такой же, как и в диаграмме направленности при отсутствии сканирования.In this situation, with a scanning radiation pattern, the dip level in the direction to the interference source in the radiation pattern is the same as in the radiation pattern in the absence of scanning.
Проведем аналитический анализ полученных результатов на примере (m,n) элемента корреляционной матрицы помех Rxx. В условиях сканирования диаграммы направленности для адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, на интервале усреднения, (m,n) элемент корреляционной матрицы помех Rxx будет в соответствии с формулой (2) иметь видLet us conduct an analytical analysis of the results obtained using the example (m, n) of an element of the interference correlation matrix R xx . Under the conditions of scanning the radiation pattern for an adaptive antenna array that compensates for the result of scanning the radiation pattern on the averaging interval, (m, n), the element of the interference correlation matrix R xx will have the form in accordance with formula (2)
где - значение компенсационного множителя для помехи, принятой m-м элементом антенной решетки 1 в момент времени ti;Where - the value of the compensation factor for the interference received by the m-th element of the
- значение компенсационного множителя для помехи, принятой n-м элементом антенной решетки 1 в момент времени ti. - the value of the compensation factor for the interference received by the nth element of the
Остальные обозначения совпадают с обозначениями, раскрытыми после формулы (3).The remaining designations coincide with the designations disclosed after formula (3).
Вынесенные за знак суммы множители оказались в результате независимыми от временного отсчета i, т.е. являются константами на интервале усреднения. Физический смысл данного замечания состоит в том, что направление источника помехи за временной интервал усреднения не изменилось и сформированные весовые коэффициенты Wopt по формуле (1) позволят создать провал в диаграмме направленности адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, до нулевого значения.The factors taken out of the sum sign turned out to be independent of the time reference i, i.e. are constants on the averaging interval. The physical meaning of this remark is that the direction of the source of interference for the averaging time interval has not changed and the generated weight coefficients W opt according to formula (1) will allow creating a dip in the radiation pattern of the adaptive antenna array, which compensates the result of scanning the radiation pattern to zero.
Детальное описание работы адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, состоит в следующем.A detailed description of the work of an adaptive antenna array that compensates for the result of scanning the radiation pattern is as follows.
При поступлении электромагнитного поля на вход адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности, с выхода N элементов антенной решетки 1 на входы N элементов весовых коэффициентов 2 и входы (N×D) элементов 5 поступает помеха X.Upon receipt of the electromagnetic field at the input of the adaptive antenna array, compensating for the result of scanning the radiation pattern, from the output of N elements of the
Отрезок времени, необходимый для вычисления корреляционной матрицы помех Rxx с целью дальнейшего формирования весовых коэффициентов Wopt, представим множеством временных отсчетов {t1,t2,...,tL}. В момент времени t1 c выходов (N×D) элементов 5 D векторов помех X, соответствующие D различным источникам, поступают на отдельные соответствующие (N×D) входы адаптивного процессора 3, в котором вычисляется корреляционная матрица Rxx(t1) на момент времени t1 по формуле (2).The time interval necessary for calculating the interference correlation matrix R xx in order to further form the weight coefficients W opt is represented by the set of time samples {t 1 , t 2 , ..., t L }. At time t 1 c outputs (N × D) of elements 5 D interference vectors X corresponding to D different sources are supplied to separate corresponding (N × D) inputs of
В момент времени t2 на входы (N×D) элементов 5 поступает входной сигнал в виде вектора помехи Х с фазовым набегом, вызванным сканированием диаграммы направленности за интервал времени t2-t1. В адаптивном процессоре 3 имеется информация о фазовых набегах на множестве временных отсчетов {t1,t2,...,tL}, по которой адаптивный процессор 3 формирует со своих (N×D) выходов управляющие сигналы, поступающие на управляющие входы (N×D) элементов 5, устраняющих образованные сканированием диаграммы направленности фазовые набеги за интервал времени t2-t1. С выхода (N×D) элементов 5 информация в виде напряжений поступает на соответствующие (N×D) входы адаптивного процессора 3, в котором вычисляется корреляционная матрица Rxx(t2) на момент времени t2 по формуле (2).At time t 2, the inputs (N × D) of
Аналогично можно показать работу и в другие моменты времени.Similarly, you can show the work at other points in time.
Таким образом, в результате указанных действий вычисляется корреляционная матрица по формуле (2), но с особенностями применения компенсации, показанной в формуле (5) для одного элемента корреляционной матрицы помех Rxx.Thus, as a result of these actions, the correlation matrix is calculated by formula (2), but with the features of applying the compensation shown in formula (5) for one element of the interference correlation matrix R xx .
На фиг.7 показаны зависимости коэффициента использования энергии от углового параметра по результатам моделирования работы адаптивной антенной решетки, компенсирующей результат сканирования диаграммы направленности. По оси ординат коэффициент использования энергии, измеряемый в дБ, обозначен КuΔ, дБ. По оси абсцисс буквой u обозначен безразмерный угловой параметр. Обозначены величины угловых смещений, вызванных сканированием диаграммы направленности: Δu=-0.01 и Δu=-0.001. Кривые, обозначенные цифрой 1, соответствуют воздействию помехи, превышающей собственные шумы на 20 дБ, цифрой 2 на 30 дБ, цифрой 3 на 40 дБ и цифрой 4 на 50 дБ.Figure 7 shows the dependence of the energy utilization coefficient on the angular parameter according to the results of modeling the work of an adaptive antenna array that compensates for the result of scanning the radiation pattern. On the ordinate axis, the energy utilization coefficient, measured in dB, is indicated by K uΔ , dB. On the abscissa axis, the letter u denotes the dimensionless angular parameter. The angular displacements caused by scanning the radiation pattern are indicated: Δu = -0.01 and Δu = -0.001. The curves indicated by the
Результаты моделирования доказывают, что увеличение углового рассогласования, вызванного сканированием диаграммы направленности при прочих равных условиях, не вызывает ухудшения эффективности пространственного подавления помех. Например, для помехи, характеризующейся уровнем 20 дБ, что соответствует кривой, обозначенной цифрой 1, снижение эффективности пространственного подавления при рассогласовании Δu=-0.001 и при рассогласовании Δu=-0.01 не превышает 1,5 дб, что значительно меньше, чем в случае, рассмотренном в фиг.5.The simulation results prove that an increase in the angular mismatch caused by scanning the radiation pattern, all other things being equal, does not impair the effectiveness of spatial interference suppression. For example, for interference characterized by a level of 20 dB, which corresponds to the curve indicated by the
ЛитератураLiterature
1. Мозинго М.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. - М., Радио и связь, 1986.1. Mozingo MA, Miller T.U. Adaptive antenna arrays. Introduction to the theory. - M., Radio and Communications, 1986.
2. Щесняк С.С., Попов М.П. Адаптивные антенны. - СПб.: ЛВИКА им. А.Ф.Можайского, 1995.2. Sheshniak S.S., Popov M.P. Adaptive Antennas. - SPb .: LOVIKA them. A.F. Mozhaysky, 1995.
3. С.М.Рытов, Ю.А.Кравцов, В.И.Татарский. Введение в статистическую радиофизику. Ч.1. Случайные процессы. - М.: Наука, 1978.3. S.M. Rytov, Yu.A. Kravtsov, V.I. Tatarsky. Introduction to statistical radiophysics.
4. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория. Справочник / Под ред. Я.Д.Ширмана. - М.: ЗАО «МАКВИС», 1998.4. Radio-electronic systems. Fundamentals of construction and theory. Handbook / Ed. J.D. Shirman. - M.: MAKVIS CJSC, 1998.
5. Алмазов В.Б., Манжос В.Н. Получение и обработка радиолокационной информации. - Харьков: ВИРТА ПВО, 1985.5. Almazov VB, Manzhos VN Receiving and processing of radar information. - Kharkov: VIRTA air defense, 1985.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115721/09A RU2271057C2 (en) | 2004-05-26 | 2004-05-26 | Adaptive antenna array compensating for results of directivity pattern scanning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004115721/09A RU2271057C2 (en) | 2004-05-26 | 2004-05-26 | Adaptive antenna array compensating for results of directivity pattern scanning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004115721A RU2004115721A (en) | 2005-11-10 |
| RU2271057C2 true RU2271057C2 (en) | 2006-02-27 |
Family
ID=35864943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004115721/09A RU2271057C2 (en) | 2004-05-26 | 2004-05-26 | Adaptive antenna array compensating for results of directivity pattern scanning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2271057C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2395140C2 (en) * | 2008-07-24 | 2010-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Antenna station of radar station |
| RU2812727C1 (en) * | 2023-02-16 | 2024-02-01 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации | Method of radio-electronic protection of ground-based all-round radar and device for its implementation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2014680C1 (en) * | 1991-03-05 | 1994-06-15 | Военная академия связи | Adaptive array |
| US5771439A (en) * | 1996-05-20 | 1998-06-23 | Raytheon E-Systems, Inc. | Adaptive antenna system and method for cellular and personal communication systems |
| EP0684660B1 (en) * | 1994-05-26 | 2000-03-01 | Nec Corporation | Maximal diversity combining interference cancellation using sub-array processors and respective delay elements |
| US6289062B1 (en) * | 1998-12-11 | 2001-09-11 | Nortel Networks Limited | Method and apparatus for high rate data communication utilizing an adaptive antenna array |
-
2004
- 2004-05-26 RU RU2004115721/09A patent/RU2271057C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2014680C1 (en) * | 1991-03-05 | 1994-06-15 | Военная академия связи | Adaptive array |
| EP0684660B1 (en) * | 1994-05-26 | 2000-03-01 | Nec Corporation | Maximal diversity combining interference cancellation using sub-array processors and respective delay elements |
| US5771439A (en) * | 1996-05-20 | 1998-06-23 | Raytheon E-Systems, Inc. | Adaptive antenna system and method for cellular and personal communication systems |
| US6289062B1 (en) * | 1998-12-11 | 2001-09-11 | Nortel Networks Limited | Method and apparatus for high rate data communication utilizing an adaptive antenna array |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЩЕСНЯК С.С. и др. Адаптивные антенны. СПб.: ЛВИКА им. А.Ф.Можайского, 1995, с.338, рис.5.10. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2395140C2 (en) * | 2008-07-24 | 2010-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Antenna station of radar station |
| RU2812727C1 (en) * | 2023-02-16 | 2024-02-01 | Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации | Method of radio-electronic protection of ground-based all-round radar and device for its implementation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004115721A (en) | 2005-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108051782B (en) | Large-scale phased array difference beam forming system based on subarray division | |
| US6867726B1 (en) | Combining sidelobe canceller and mainlobe canceller for adaptive monopulse radar processing | |
| CN113162670A (en) | Digital multi-beam correction and synthesis method | |
| Cheng et al. | Adaptive monopulse approach with joint linear constraints for planar array at subarray level | |
| Elmer et al. | Beamformer design methods for radio astronomical phased array feeds | |
| RU2271057C2 (en) | Adaptive antenna array compensating for results of directivity pattern scanning | |
| RU2072525C1 (en) | Directivity pattern shaping method | |
| EP3114497A1 (en) | Electronic rotman lens | |
| RU2567120C1 (en) | Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array | |
| US8170088B2 (en) | Methods for determining a reference signal at any location along a transmission media | |
| WO2023055262A1 (en) | Method for operating wide-band aesa | |
| JP2004506913A (en) | Adaptive array phase stability | |
| US12381321B2 (en) | Distributed calculation of beamforming parameters for phased arrays | |
| Tocca et al. | Adaptive beamforming algorithms performance evaluation for active array radars | |
| Milovanović | Neural model for far-field 1D localization of mobile stochastic EM sources with partially correlated radiation | |
| JP3046949B2 (en) | Transceiver | |
| US9146309B2 (en) | Super delta monopulse beamformer | |
| RU2810696C1 (en) | Method for forming compensational directive diagram in a flat antenna array with electronic beam control | |
| Frazer et al. | Energy-budget analysis of a 2-D high-frequency radar incorporating optimum beamforming | |
| Wilke et al. | Performance improvement of self-holography based aperture array station calibration | |
| JPH02119302A (en) | Multi-beam antenna device | |
| RU2368044C1 (en) | Method for coherent compensation of noises in reception of electromagnet wave by antenna array with tapered amplitude | |
| Yan et al. | Research on adaptive digital beam forming technology | |
| US11764469B2 (en) | Tetrahedral array for constant gain hemispherical coverage | |
| Garg et al. | Smart antennas in direction finding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080527 |