Джавадов Г.Г., Сычев М.И. - Пространственно-временные методы подавления активных шумовых помех в РЛС

Лкимадов Г.Г, (равд. Х.Х, 1.5), Сычев М.И, (резд. 1.3, 1,4. 2»1)с Пространственно-временнме методы подавления активных кумоввх помех в 1ЯСсучебное пособие к лабораторной рабате. -М,; Нзл-во МАМ, Х993. - 20 а.: вл. Ренеязенты; М.В. Тенин, О.В. Мнлзрвяаквй Тем. план 1И4, поэ. 63 ЙРОСТРАНСЗВИБО-ВРЕМЕННЫВ МЕТОДЫ ШФАВЙИБЯ АКТИВНЫХ ШУМОВЫХ ПОМКХ В РФС Редактор М.С. Винниченко с.ехн.

редактор Б.Л. Смврнова Подписано в печатьО9.П.93 БУЫ. Офсетная. Форне 60х84 1/16. Печать о$аетиэя- Уал. печ. л. 1,16. Уч.-явд. л, 1,00. Ткрик Яй Зак.~389 У 749. С128. Отпускная пена для расли~ецио з МАИ 15 Оуб. Твпогре4есв издательства Мяв ХЗМ7Х, Москва, Волоколамское иоаае, 4 ф Мсскозсккй квкацкоквмй кмстктут,1993 261»Ч % УФ 3% $ ~ 42-'» Раааматривветая моделврованке пропеаоа обработки сигналов в проатрвнатвеяно-многоканальных РВС О ааР лли дополявтельннми компеяаапвояяммк каналамк. Натурное наследование подобных систем в уалавивх вузовакссй лабораторной базы яереалкзуемю„поэтому едвиатвеивсм путем наследования является моделвроваяке на ЭНМ. Алв лвборзнорнмх работ ко диаплплвнам апецвализвцяв "Прост ранатвенно-временная обработка авгналов" н "Алгорвтмкчеакое абеапеченне РЯС".

В работе изтчилурая методы подажленвж преднамереикых и непредиэмереняых активных помех. воздейатвуюмнх на РЛС. Особенностью тэккх помех язяеетая то» что их иаточяккк сосредоточены в пространстве, т.е. онв являвтоя "точечиымв". Чвало подобных иаточянков помех во мкогкх Ояттацвях невелико, Это могут быть иэлУ- челяк ооаедних РлС (в аэропортах), кядуатрвальные помехи, преднамеренные вктввные помехи. Обычно кх ширина сшектра частот вяачвтельяо.больше полосы частот Используемого в ЫС зонднрулщего сигнала. Поэтому такая помеха мумоподобяа н макет Очитаться некоррелирпваняой во временн.

Соглааованнэя частотно-времеяяан обработка полезного Окгнаяа позволяет отщественко Оявэкть мамяооть сигнала актквной помеха на выходе лкнейяой чаотн првемника, но чаато этого окаиываетая недостаточно. Валедотвие значнтельного превосходства плотвоатв мощности актквяой помехи в раакрмве энтенвы РЯС нвд плотноатьм мацностл полезного скгяала помеха,даве будучя принятой по бокаиым лепеатквм дввграммы направленности антенны 09Й), нарушает нормальна работу МС.

Точечный характер катачннков активной помеха приводит к тому, что прн ыроатранатвеняо многоканальном пркеме ее овгналы в разлкчяых приемных каналах авльна коррелиразаны мекду собой. Поэтому прк логерентном весовом ауммировакви акгяавов парпиельнмх приемных каналов монна добктьак шщввлеяня авгнилов активных помех.

Хаким образом, подбором вектора веасеых коэ$$ыпвентсе адвптивной антенной решетки мокко а4ормвровать в ревультк. руищей приемной дяагремме напрввлеяяоотв глубонке отноавтельяо направления макавмального уанленяк "провалы" (-20...-30 дЬ) в вправлениях прнхода активных помех ГХ, 23. Прв вдаптнвнам Форзврожаны такого векторе весовых коэф$мцкевтов яеобходкмо в првннмкемсй пространственно-временной выборке иэбавитьая от полезного акг нала, чтобы заключать его подавление, я от сигналов паааявных ма'мах с 33.

Их яаточнвкя обычно являются объемно клк поверхностно раапределеияымк и не мо17т быть подввлеяы таким образом» т»к» "кроввлы" в дяаграмме яэпразленноатк приемной антенны нвлявтак узки$Й$ по Орэвнению а аэрэной ЛНА. Наличие пааанвной помехи оу- П$60твеЯНО ',9худнает работУ эдаптивяых ВЛГО$$$тнов Компенбапйи Йк тнвных помех. 1$оэтому длн адаптации нопользуетоя чаять проотрйнОтэенно-временной выборки, овободная От ангналов пааанвной помехи. Она монет й$ть получена, например, при работе РЛС в паоонвнсв$ рахиме снбо ъ активном ранние путем выбора временных и чаетотных интервалов, авободных от полезного ангнана и пааоивиых помех. т. ОСЮВаж ТКа КТИЧжааа С$$ЯКНИЯ 1.1. эп антея ой метин по к яте мэяэ ма Теоретнчеакне Ооноэы линейной фильтрации по крйтес$$в минимума аредней квадратичеокой Онибкэ ЭВЯОкены в работах Колмогорова и Минера.

применительно к адаптивным антенным ренеткам (АР) з$$ДВ- ча 4ормулируетон Олед$$$им Образом. Имеетан М-канальнан АР (рно. 1), Сигналы О выход, дов И. параиэльяых антенн $$„ Ъ: й, поале веоовой обработки л +, е когерентно оум$Й$ряптоя, '4'а пооле чего вычи$еетоя эталонный сигнал Е~. Необходимо мияиияэнрюийуь мса$ нооть Офорнмроваяного тэ; -~но.

~ ким Обрезом Оигнэла 6$энбкн Введем обозначении:Л~Ц=~З,Й),8 Я),...,Ь~~Ф)~ - вектор комплеколых огибазщих проотрйнатзенной эыбо$Я$и в А -й момент времени",ФЯ) =~Ф®®'Я)...,Ф' ®1 - вектор компленояых весовых коэЩЯ$$нентов$9'® - яомш$еконая Огнб$ппцня зталоняого сигнала. 4? Ф Тогда номпленонув огибй$и$$$$ Оигнала ам$бки ~ Я) можно представить в виде гМ = Й'"Ю ЙИ вЂ” ы, Я~ . И) и Верхний нндеко я означает аопрнкенне по Эрмиту, Ф =ЙФ'~. Слезет выбирать вектор Ф'й) тан, чтобы обеспечить минимум ореднего явйдрата Ошибки ег('м'~=М~)д~ 1.

Здеаь МИ вЂ” оператор вычлаленЯЯ 'математнчеокого Ониданан. Иредполоаям» что пропеоо адйптапнэ э6ктора Веооиых козака циеятов а~ Очень медленный по орээяенав О изменением проотранотвенной выборки Л от времени л, . Тогда вектор М,$ воино ечнтать почти поотоннным и не эаэиажщим От времени, поэтому его монно будет имнеотл за Э$эзи Оператора вычнолеяия мате$Й$тичеокого ойиданиа» Это будет выполннтьая в режиме работы ндэптавиого алгоритма, близком к Отапионарнсэп~. Бодотавив л) в (3), поале такдеотвеяных преобразований получим ~л('кг)=меж "3 -У' )(5" ж- еУ )1 3» а ° и ~~ и~ „', $~~~ ~у~„, ~ль~~~у ~+ь~~у»» ~ Введем обозначеяэя$У =МОЯ 1 корреляпиоянйд матрица прэнимаемой проотранотвенэой выборки;У =И~ЗЫД - вектор-Отолбеп корреляпнн принимаемой проэтраэотвенйой выборки а эталонным онгна- Ф Ф лом;У'„=ь$Г6;О;1- днопероин эталонного сигнала. С учетом обозначений можно запиаать У~ЙК) = Ф, Рлз Ф'- ~Р~„Ф'» Й" УЙ„+ Г",, „ (3) для Опр6д6л6яня Оптимального эеоового вектора 1~~6~» минимизи руюцего моанооть Онгнала ошэбии (3) на маиде АР, найдем градиент Фуняпии Р ~Жпо~; р~ Г~$'и~)=я к -~Р, (4) Приравняв его нулю,получим, что Ф, ~ явлнетоя реиением линейного уравнения /С~э и~ар~ =Ф'В,р в (б) Это урэвнение наэмваетоя уравнением Винера-Хоп4В, а его ременне $х~~~,, =Я ~8~, Ю оптимальным вияеровокнм рэнением.

Кодатавив оптимальное винеровокое реэение (О) в (3), понучим значение минимальной мощнооти помехи Яа выходе эдаптивной АУ,: С7) Прэнтичеокая реалнзапяд Оптимельного эняеровакого решения (6) ЗатРУДНИтЕЛЬНВ, т.н. НОРРЕЯЯПИОЯНВЯ МатРНПВ Млэ И ВЕКТОРА~ НЕИЭ- веотны заранее-Они долины Опениватьон'по наблищаемой проотрааот 5 В этом случае н6аколько замюдляетая процесс едаптзцни по аравненим а (17), но умен»каются Флиитуации вектора Ф1И. 1.4, А Алгоритмы адаптацли АР по критеркп «анищума средней квадратической ошибки имевт один недоататок - пра нх работе возможно подавление полезного сигнала, вызванное тем» что полезный сигнал чаато ие иэвеотен цолноат»а н еГО аоатавляпцке Не могУт быть полноатьм исключены из управлнхщих сигналов контуров корреляционной обратной связи.

Если мощность цолеэкого сигнала ка выходе АР мела по аравненип а мсщностЬМ ПомЕх, то паДИВЛЕКИЕ ЕГО будет незначительно. ««ащный ке полезный аагнал, соизмеримый а помехами, макет бить подавлен. Нроме того, еолк углы мекку направлениями прихода полезного сигнала а помех невелнкк, уааленке адаптлвиой антекны в кзправлении праема полезного сигнала макет сально .Уыеньмлтьая. Б работах Фросю предлсюн подход к аинтеэу аЛГоратмОВ Ндактации АР, в определенной степени комнекаирукщий этот недоататок. Предлсаено налакать Ограначеник на диагрн«аб" направленности еда~- тинной антенной решетки прз ременки задачи мниимиэации мощности помех на ее выходе. Фикакруетая усиление нднпткзной антенны а выбранном направлении, которое долкло совпадать ала быть бллзкзм к Окидаемому направлению прихода полезного аигнала, В лктературе персии шума на выходе антенной решетки".

Получаемые прн его помощи решения близки к решениям по критерию максимума Отлсщекнк мащ-, иаати полезного сигнала к мащноатл щУма и помех» но пра этОИ Они легче реалиэущтая. Еомплеланая огибавшая сигнала на выходе адаптивной АР ~Ю=и "Й,)БЯ), (20) мощность сигнала Р~Ф)=М~!Й 3= ж"Яя, И . (21) Ограничение, накладываемое на диаграмму ааправленноати адаптивной антенны, мокко предатавить в виде К~ «~ = ~' (22) Э ГДЕ Р' - ВЕКТОР ИМПЛНТУДНО-4аэОВОГО РаакуеДЕЛЕКИЯ ВОЛЛЫ, ЦРЗХОДЯ- щей а выбранного (Опорного) нацравленкя, на выходе АР. Например, ун линейной эквидяатантной АР этот подход получил названке "едецтацкя по крзтераю минимума диа- / = Г ~ Ктс ~~ф,~, глр~у~~,,), ..., гкал,~~И- ~) ~,1 3,, (2З) где ф -г~ -ДЬМ„- фаэозмй набег меяду соседними крлемнымк ка»«« ° калами. Обязанный геометрачеакой разности хода; 4, — раоатмние кендо аоаеднимн элементным решетка; Л - длина волны; а(„- угол мазду опорным направлением а нормалыа к апертуре решетки.

усиление адаптивной антенны в опорном напрзвленка без потера общности принято за единлцу. Для ремеаня задачи мянамкзацна целевой функцяи (21) при уаловии (22) воспользуемся Флкцлей лаграажа 8 ~В'«~= й~ Юнз Ю~+~~- Ф" ~~~К+ 8 ~~-Р~ В«~ (24) » где 1 - мнокитель Хагранка. Вычислим градиент Фикция (24) %' » ") 55 'Ф»' (25) Приравнивая 6го иулй л ремня, порчам Ж „=аз,р.'~- (26) «««:» Неизвестный мкокител» лагранка получим, подставив (26) в (22): (27) а.„'4 Подставляя (27) в (26), окончательно получаем «»«ЗБ й«~ (28) до« «» ль Р Это Оптимальное значенае вектора весовых коэфФициентон АР ОбеаПЕчкнавт мзкимум днсцерани шума на выходе, СООТВЕтатвушЩИЯ ему минимальная м~лзлоать, согласно (21) и (2В), «"(н ) »,«м с' *(««у ««р' (2й ««зе «» Иэ (28) видно, что длн получения оптимииьного значения вектора весовых коэф4щпкентов в этом случае, как и для винеровакаго решения, необходимо знать корреляционную матрицу пространственной выборкиЯ .

Мокко воапользояатъак 66 оценкой Ю), пОЖчелной по пространственно-временной выборке. Но алсжноать ве непоаредатненкого Обрзмения заставляет прнбегать» как к ранее, к памаща рекурреятных алгоритмов двлкения к вектору В' З..РЭСЧЕТ КОЗффИЦИЕНТЭ УСИЛЕНИЯ,Ы В КОНТУРЭХ КОРР6ЛЯЦИОННОЙ Обратной связи. 4. Полученные при моделировании графики диаграммы направленности айаптивной АР до и после адаптации", заВибимость ОтнояВния мощностей сихнала и помех на выходе адаптивной АР от числа шагов адаптации ~ 5.

Краткие выводы по полученным результатам. КО 0 Яыв вОп сы 1. Сформулируйте задачу Оптимизации весовой обработки сигналов на выходе адаптивной АР по критерию минимума средней кведр~- тической Ошибки, 2. Приведите:и шиснит6 оптимальное решение задачи оптимизации вектора весовых коэффициентов адаптивной АР по критерию минимума средней квадратической Озйбки 3. Перечислите вазмокные пути реализации оптимальной обра* ботки сигналов в адаптивной АР по критерию минимума средней квадратической Япибки е 4. Приведите структурные схемы обработки сигналов адаптивной АР, реализующие рекуррентные алгоритмы Уйдроу и Хаувлса.