Уидроу, Стирнз - Адаптивная обработка сигналов (1044225), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Модифицированное измерение мгновенного спектра, известное нод названием еоценка максимальной энтропии спектра» (42, 43, 53 — 56], которое используется в адаптивном накопителе, описывается выражением йпттп Чгповсниыи спектр )О (ш)!г ' где Н(ы) — общая передаточная функция одношагового (А=1) адаптивного устройства предсказания в схеме на рнс. 12.39 от его входа до выхода. Множитель ймтл обычно неизвестен, но эта функция часто более четко отражает спектральную линию, чем функция в схеме на рис. 12.39.
Для $~т =1 выпол. инте упражнение 17 и сравните полученные результаты. ВВЕДЕНИЕ В АДАПТИВНЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ И АДАПТИВНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ЛУЧЕЙ До снх пор рассматривалось использование адаптивных методов для решения задач обработки сигналов нлн нх коррекцнн во временной н частотной областях. В этих заключительных главах развивается принцип адаптивной коррекции сигналов н в пространственной области.
Для достижения пространственной избирательности необходимо осуществлять прием сигналов на антенную решетку, имеющую два нлн более независимых пространственно разнесенных элементов. В зависимости от конкретного прнложення элементами антенны могут быть днполн, предназначенные для приема электромагнитных сигналов, гндрофоны, помещенные в океане для приема акустнческнх сигналов, сейсмомегры, нлн гео- 333 фоны, погруженные в землю для прослушивания сейсмических сигналов, или другие виды датчиков.
Для приема волновых сигналов существует много типов таких элементов, которые можно устанавливать в пространственную решетку для обеспечения приема с изменяющейся в зависимости от направления чувствительностью. Здесь основное внимание уделяется адаптивным приемным решеткам.
Однако интерес представляют и адаптивные передающие решетки. Адаптивные решетки представляют собой многоканальные адаптивные устройства обработки сигналов, рассмотренные в гл. 12. В одном практическом примере (рис. 12.! 9) применялась решетка датчиков на груди беременной женщины, формирующих эталонные сигналы группы адаптивных фильтров для коррекции, суммирования и выделения ЭКГ плода из входного сигнала, снимаемого с датчика на животе. В результате такого использования адаптивной решетки подавлялась помеха в виде ЭКГ матери.
Адаптивная антенна или адаптивная система формирования лучей состоит из множества пространственно разнесенных элементов, соединенных с одноканальным или многоканальным адаптивным устройством обработки сигналов, Вполне естественно рассмотреть адаптивные решетки сразу для всех видов сигналов (элсктромагнитных, акустических, сейсмических). Добавление пространственного измерения в обработку сигналов открывает новые возможности, приводящие к широкой области необычных приложений и алгоритмов. Все их рассмотреть невозможно, поскольку происходит быстрое развитие технологии.
Поэтому внимание сконцентрировано на нескольких основных направлениях и приводится подробная библиография по текущим работам. Адаптивные приемные решетки можно применять для уменьшения или исключения направленных помех с помощью адаптивного подавления или адаптивного формирования нулей, что приводит к улучшению отношения сигнал-шум. На основе одних видов адаптивных алгоритмов адаптивные приемные решетки могут «самонастраиваться», т.
е. автоматически перестраиваться в сторону сигнала при не известном заранее направлении его прихода и отделять этот сигнал от направленных помех, пока направления их прихода отличны от направления прихода сигнала, Другие адаптивные алгоритмы позволяют определять направление прихода сигнала на фоне помех. С помощью одного вида алгоритмов можно выделять слабые сигналы на фоне сильных, когда они приходят под разными углами.
Можно сделать так, чтобы адаптивные приемные решетки были чувствительными к ближайшим сигналам и нечувствительными к дальним, и наоборот. Кроме того, онн могут быть чувствительными к редко передаваемым сигналам и нечувствительными к часто передаваемым или стационарным сигналам и наоборот. Число возможностей очень велико. Рассмотрение начнем с приемных решеток, в которых можно формировать нули диаграммы направленности в направлении помех. 334 Подавление боковъ~х лепестков зеое о» е еррее, е е ереме помехе о с еэ Рис.
13.!. Адаптавное подавление боко»ых лепестков в д»ух»лементноя ре- шетке Сеенеэ Ззб Простейшим видом адаптивной антенны является устройство подавления боковых лепестков, впервые предложенное Хауэллзом [27) в конце 1950-х годов и в дальнейшем разработанное Хауэллзом и Аппельбаумом. На рис. 13.1 приведена схема такого устройства, в котором используются два ненаправленных элемента (с одинаковой чувствительностью во всех направлениях)— один «входной», другой «эталонный», аналогично методам адаптивного подавления помех (например, рис.
12.1), Г!оложим, что одновременно действуют один сигнал и одна помеха. Как входной, так и эталонный направленные элементы принимают сигнал и помеху. Поскольку эти элементы пространственно разнесены, сигналы на их выходах не одинаковы, ио представляют собой связанные временные функции. Важным является случай, когда помеха намного мощней сигнала. Весовые коэффициенты адаптивного фильтра почти полностью определяются помехой.
После адаптации выходной сигнал адаптивного фильтра содержит составляющую поэмехи, близкую с составляющей помехи, действующей па входном ненаправленном элементе. Следовательно, выходной сигнал системы почти не содержит помехи, но обязательно содержит сигнал, как описано в гл. 12. Выходной сигнал равен разности составляющей сигнала на входе и прошедшей через адаптивный фильтр составляющей сигнала на эталонном входе, Поскольку без подробных априорных сведений о характере и направлениях прихода помехи и сигнала нельзя предсказать, какой будет передаточная функция адаптивного фильтра после адаптации, в общем случае ожидаемое значение выходного сигнала является неопределенным.
Однако при мощной помехе схема на рис, 13.1 приводит к повышению отношения сигнал-помеха на выходе. В практическом случае сигнал каждого ненаправленного элемента обычно подается на отдельное приемное устройство для усиления, фильтрации и выделения сигнала, Сами приемные устройства и антенны вносят во входные сигналы независимые шумы, которые будем называть шумами приемника.
Этн шумы ока- й в Сит аи Шум приемника гг( ноа зпемент ои Ыощнми сиги ~колкой сигиап тез оз о Чр зт о т ыум приемника п 337 33б зывают значительное влияние на работу адаптивных антенн. Чтобы в системе на рис. 13.! подавлялась направленная помеха, но не подавлялся полезный сигнал, помеха должна быть мощной, а сигнал слабым по сравнению с шумом приемника. Эти условия часто выполняются на практике.
На рис. 13.2 приведена схема адаптивного подавления боковых лепестков, в которой приемники на выходах обоих ненаправленных элементов вносят шумы. Ненаправленные элементы разнесены на расстояние 1. При этом полагают, что принимается единственный сигнал, поступающий под углом Во. Составляющая сигнала на входном ненаправленном элементе входной сигнал= Ссазгсптс, (13Д) где С вЂ” постоянная амплитуда; А — номер отсчета; па измеряется, как и в (7.16) в радианах. Фазовые фронты, перпендикулярные направлению прихода сигнала, проходят через двухэлементную решетку так, как показано на рнс.
13.2. Если с — скорость распространения, то данный фазовый фронт приходит на эталонный ненаправленный элемент раньше, чем на входной, на число временных шагов б, = 1з(п В,)сТ = 2я1з(п Ва(Ласта, (! 3.2) где Т вЂ” временнбй шаг, с, а Лв — длина волны. Отсюда составляющая сигнала на эталонном ненаправленном элементе эталонный сигнал= С сов ((й+ ба) во) (13.3) При отсутствии шума приемника весовые коэффициенты адаптивного фильтра настраиваются так, что сигнал подавляется полностью. Однако следует показать, что при наличии этого шума и мощном по сравнению с ним сигнале подавления сигнала не происходит, а адаптивное устройство подавления боковых лепестков Рнс 13.3.
Схема устройства подавления боковых лепестков прн приеме одного сигнала функционирует удовлетворительно при слабом относительно помех полезном входном сигнале. Проведем анализ работы устройства при действии на входе одного сигнала и наличии шума приемника. Входной и эталонный сигналы определяются, соответственно, выражениями (13.!) и (13.3). Для анализа рассмотрим схему приведенного на рнс. 13.3,а узкополосного устройства подавления боковых лепестков. Включение в тракты прохождения сигнала настроенных полосовых фильтров соответствует настроенной узкополосной приемной системе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
