Уидроу, Стирнз - Адаптивная обработка сигналов, страница 75

Для более детального анализа проблемы подавления сигнала рассмотрим еще один эксперимент, проведенный для адаптивного устройства формирования лучей по алгоритму Фроста, Здесь снова помеха представляет собой синусоидальный сигнал, а полезный сигнал — белый шум с единичной мощностью. На рис. 14.26 приведены спектры выходных сигналов устройства для различных уровней мощности помехи Как показано на рис.

14.20,а, при самом низком уровне мощности помехи полоса режекции при подавлении сигнала является наиболее узкой. По мере увеличения мощности помехи при всех других неизменных параметрах ширина полосы режекции возрастает и, как видно из рис. 14.20,в, является наиболее широкой при действии самой мощной помехи. Во всех трех случаях ширина полосы режекции примерно соответствует (12.60), На рис. 14.21 приведены результаты другого эксперимента длярассматриваемого устройства. Здесь полезный сигнал является белым шумом, а помеха — мощным шумом в ограниченной полосе частот.

В полосе частот помехи и за ее пределами происходит частичное подавление составляющих сигнала, что приводит к его значительному искажению, Такая картина наблюдается только при быстрой адаптации. В эксперименте, результаты которого приведены на рис. 14.21, постоянная времени адаптивного процессы в) Рис. 14.21. Полученные в результате моделирования энергетические спектры устройства формирования лучей по алгоритму Фроста при входном сигнале в. виде белого шума и помехе: а — вхсдвсгс свтваав; б — иаывхв; в выхаднстс сигнала устрсества приближенно равна 20 временнйм шагам (т. е.

пяти периодам помехи). Полоса помехи приблизительно составляет бп)о от центральной частоты. Один из способов предотвращения подавления сигнала в адаптивных устройствах формирования лучей состоит в том, что в процессе адаптации полезный сигнал отключается от адаптивного устройства обработки. В 19, !81 такой способ предложен для алгоритма Фроста.

Еще один способ, который можно применять для каждого из описанных выше адаптивных устройств формирования лучей, основан на методах расширения спектра с помощью переключения рабочей частоты и описывается в следующем подразделе. Здесь рассмотрим устройство 1181, основанное на использовании двух систем обработки сигналов: одной — для проведения процесса адаптации, другой — для формирования выходного сигнала устройства. Его схема приведена па рис. 14.22.

Как показано выше, подавление сигнала возникает из-за взаимодействия сигнала и помехи в адаптивном устройстве формирования лучей. Поскольку суть проблемы заключается в этом взаимодействии, полезно рассмотреть структуры формирователей лучей, в которых сигнал и помеха разделяются. Система на рис. 14,22 имеет обычную линейную решетку, подключенную к двум устройствам формирования лучей. Верхнее устройство непосредственно соединено с элементами антенны н формирует полезный выходной сигнал решетки. Однако это устройство является вспомогательным, а не адаптивным. Нижнее адаптивное устройство реализует алгоритм Фроста и соединено с элементами антенны через вычитающие устройства, аналогичные приведенным на рис.

14.4. Адаптивное устройство формирует множество весовых коэффициентов, при которых обеспечивается заданный коэффициент передачи в направлении приема (с учетом ограничений, вводимых алгоритмом Фроста) и минимизируется (в среднеквадратическом смысле) уровень помехи. Эти весовые коэффициенты устанавливаются для вспомогательного устройства формирования лучей, которое обеспечивает прием полезного сигнала и подавление помехи.

Основу рассматриваемого подхода составляет соотношение между сигналами помех в обоих устройствах формирования лучей. На рис, 14.22,б показана фазовая диаграмма, поясняющая это соотношение. Для простоты будем считать, что имеется только одна помеха. Составляющие помехи, принятые элементами антенны, обозначены через множество Уо, У„У,, У„Уе. Равномерное распределение углов получается вследствие того, что решетка является линейной и с равномерным пространственным разнесением ненаправленных элементов.

Входные сигналы устройства формирования лучей, реализующего алгоритм Фроста, равны Уэ — Уп, Уу — Уэ, Ут — У. и Уч — Уа. Эти составляющие имеют одинаковые амплитуды и такие же разности фаз, как и принятые составляющие помехи. Поскольку в обоих устройствах формирования лучей для составляющих помехи относительные фазовые углы одинаковы, 398 ной Полезный сигнал ентов уэ уе б! Рис. 14,22. Устройство формирования лучей беа полаалеипя сигнала: а — струптурнаа с ема; б — фазоааи диаграмма помех.

поступающих на входы усэройства формировании лучей формирование нуля ДН в направлении помехи в устройстве с алгоритмом Фроста приводит к формированию нуля во вспомогательном устройстве. Установление одинаковых весовых коэффициентов в обоих устройствах приводит к тому, что вспомогательное устройство обработки формирует основной луч в направле~нии полезного сигнала и нуль в направлении помехи. Хотя рассмотрен случай только одной помехи на одной частоте, используя прин- 399 м 5,0 й о а е йт 50 т 'е х с о а а о х - о от 5,0 о а о х о х х о о то о.огг о о и о 125 а о о 0,5 Частота Ыастота ото«ета равна 1) е) 0,5 Частота [тастота атсеета Равна 1) б) с 0,022 х о х о я Частота )частота атстета равна 1) е) о,огг О,э Частота Ыастота отстета равна 1) 401 400 цип суперпозиции, можно показать, что данный подход, применим для множества как узкополосных, так и широкополосных помех.

Подстройка задержек в приведенной на рис. 14.22,а структурной схеме осуществляется для широкополосных процессов. Для узкополосных процессов можно испольэовать фаэовращатели, включаемые на выходе каждого элемента решетки. При этом можно применять алгоритм Фроста или любой другой адаптивный алгоритм с введением ограничений. В этой системе легко использовать, например, алгоритм с пилот-сигналом.

Кроме того, можно получить обобщения рассматриваемого устройства обработки. В 110) описан класс пространственных фильтров, которые обладают большей гибкостью, чем приведенная на рис. 14.22,и система. На рис. 14.23 и 14.24 приведены некоторые экспериментальные результаты для рассмотренного устройства формирования лучей. На рис. 14.23 для сравнения показаны спектры выходных сигналов для устройства с алгоритмом Фроста и для рассмотренной системы. В обоих случаях постоянная времени адаптации примерно равна 20 отсчетам, а сигнал н помеха аналогичны используемым в эксперименте на рис. 14.19. Как следует нз рис. 14.23,г в устройстве с алгоритмом Фроста наблюдается более сильное подавление сигнала, в то же время в рассмотренной сис- Рис.

14.23. Спектры для устройств формирования лучей по алгоритму Фроста и по алгоритму иа рис. 14.22: в — входного снтнала: б — оомехн; е, а — амходнмх снтналое устройств Формнроаанне лу- ней на рнс. 14.22 в оо алгоритму Фроста Рис. 14.24. Временные диаграммы полезного входного сигнала (а) и выходных <итналов устройств формирования лучей но алгоритму на рис. 14.22 (б) и по алгоритму Фроста (в) теме такого подавления нет (рис.

14.23,в). На рис. 14.24 показаны временные диаграммы сигналов на выходах обоих устройств в направлении прихода полезного сигнала. В обоих случаях начальные значения весовых коэффициентов равны нулю, и в начале кривых наблюдается переходный процесс адаптации. За пределами области переходных процессов измеренное значение мощности искаженного сигнала на выходе устройства с алгоритмом Фроста на 6 дБ ниже мощности входного сигнала. На выходе рассматриваемой системы измеренный уровень искажений на 110 дБ ниже уровня мощности входного сигнала.

Таким образом, рассмотренное устройство позволяет значительно уменьшить искажения сигнала. Однако этот подход является новым, и полностью не исследованы ограничения на его характеристики. Необходимо исследовать другие методы формирования нулей ДН. Кроме того, изучаются методы уменьшения нли исключения в процессе адаптации эффектов подавления сигнала с применением широкополосных сигналов и сигналов с перестройкой рабочей частоты. Некоторые результаты исследований новых методов обсуждаются в следующих подразделах.

Применение сигналов с перестройной рабочей частоты Один из способов уменьшения чувствительности радиоприемной или радиолокационной системы к помехач состоит в применении широкополосных сигналов, которые рассмотрены в гл. 9. Здесь нельзя полностью осветить этот вопрос. Однако ранее было показано, |то прп расширяюгцем спектр кодировании передаваемых информационных сигналов их полоса значительно увеличивается.