Уидроу, Стирнз - Адаптивная обработка сигналов (1044225), страница 67
Текст из файла (страница 67)
13.16 иллюстрирует способ получения пилот-сигнала, который передается с антенны, расположенной на некотором расстоянии от решетки, в необходимом направлении приема. На рис. 13.!7 приведена схема по.!учения местного пилот-сигнала, впервые прейложеиная Дж. Хоффох!. На входные устройства обработки на рис. 13,17 подаются либо действительные входные сигналы элементов аптеины (в режиме А), либо множество задержанных сигналов, полученных от генератора пилот-сигнала (в режиме Р) Фильтры бь ..., 5» (при одинаковых элементах решетки это Элеме и Реме и ,ем| м.
л ои Ппо ео Ре Рем мг Рис. !3.!6. Схема адаптации по внешнему пилот-сигналу с чередованием двух режимов; Р— при иаличпи пилот. сигнала; А — при отключеешоле пилот-спг. нале 355 12е Элементы решетки и еитиал Пилат. Рис, 13.17, Схема адаптации по внутреннему пилот-сигналу с чередованием двух режимов: Р— при налични пилот-сигнала; А — пр, отключении пплот- сигнала идеальные задержки) выбраны так, что множество входных сигналов идентично сигналам, которые принимались бы решеткой от расположенного на расстоянии источника пилот-сигнала с плоской волной в требуемом направлении приема, которое соответствует основному лепестку ДН на приеме, Во время адаптации в режиме Р входные сигналы адаптивного устройства обработки получают из пилот-сигнала, а его полезным откликом является собственно пилот-сигнал.
Например, при сннусоидальном пилот-сигнале с частотой юо адаптация весовых коэффициентов с целью минимизации СКО приводит к тому, что коэффициент передачи антенной решетки в направлении приема имеет заданные амплитуду и фазовый сдвиг на частоте юо. Во время адаптации в режиме А все сигналы, подаваемые на адаптивное устройство обработки, принимаются элементами антенны пз реального поля с шумом В этом режиме процесс адаптацви приводит к подавлению всех принятых сигналов, так как полезный отклик равен нулю. Однако непрерывное функционирование в режиме А приводит к тому, что значения всех весовых коэффициентов стремятся к нулю, и система отключается. Тем не менее при частом чередовании режимов Р и А в течение адаптации в каждом из них происходят лишь небольшие изменения вектора весовых коэффициентов, и можно приближенно поддерживать луч с единичным коэффициентом передачи в заданном направлении приема и, помимо этого, приблизительно минимизировать мощность принимаемой помехи.
В качестве пилот-сигнала можно взять сумму нескольких синусоидальных сигналов с различными частотами, так что при адаптации в режиме Р коэффициент передачи и фаза антенны имеют заданные для каждой нз этих частот значения в направлении 356 приема. Более того, если суммируются вместе несколько пилот- сигналов, соответствующих различным направлениям, то при адаптации в режвме Р можно поддерживать заданный коэффициент передачи решетки одновременно для различных углов и частот. Это свойство позволяет некоторым образом регулировать ширину полосы и ширину лучей по различным направлениям приема. В адаптивном режиме с двумя режимами приближенно осуществляется минимизация среднеквадратического значения 1общей мощности) всех принятых элементами антенны сигналов, не коррелнрованных с пилот-сигналами; при этом коэффнпиент передачи и фаза луча приближенно равны заданным значениям для частот и направлений, определяемых составляющими пилот-сигнала.
При адаптации с двумя режимами формирование и поддержание луча производится в режиме Р, а подавление в среднеквадратнческом смысле 1в соответствии с характеристиками пилот-сигнала) — в режиме А В режиме Р из-за того, что устройство обработки соединено с генератором пилот-сигнала, прием сигнала йевозможен. Следовательно, прием осуществляется только в режиме А, Этот недостаток устраняется в системе на рис. 13.18, в которой можно одиовремен1ю реализовать режимы Р и А.
В этой системе пилот-сигналы и принятые сигналы подаются на адаптивное устройство обработки точно так же, как описано выше. Полезным откликом этого устройства является пилот-сигнал. Второе вспомогательное устройство обработки работает по реальному выходному сигналу решетки, но не реализует адаптивный процесс. В Элемеиты реитетки 7 l / Ф l » / ион Рис. 13 13. Схема адаптации по пилот- сигналу 357 сигналах на его входе пилот-сигнал не содержится. Вспомогательное устройство взаимодействует с адаптивным устройством обработки таким образом, что его весовые коэффициенты являются точными копиями соответствующих весовых коэффициентов адаптирующейся системы, т.
е. для этого устройства нет необходимости принимать пилот-сигнал. В приведенной на рис. 13.!8 системе с одним режимом пилот- сигнал подключен постоянно, Процесс адаптации приводит к тому, что адаптивное устройство обработки с минимальной СКО воспроизводит пилот-сигнал и в то же время наилучшим в средиеквадратическом смысле образом режектирует все принятые элементами антенны сигналы, не коррелированные с пилот-сигналом Таким образом, в результате адаптивного процесса ДН в полосе частот пилот-сигнала имеет нужную чувствительностьвосновном луче по направлению приема и провалы в направлениях помех для их полосы частот.
При этом, как правило, чем мощнее помехи по сравнению с пилот-сигналом, тем выше уровень режекции. Анализ приведенной на рис. 13.!8 системы с одним режимом можно провести следующим образом Оптимальные весовые коэффициенты адаптивного устройства обработки можно получить в виде произведения К 'Р. Матрица В равна сумме матрицы полученных от антенны сигналов п матрицы множества пилот-сигналов, причем полагаем, что пилот-сигнал и сигналы, поступающнеот антенны, являются некоррелированными.
Вектор Р определяется только пилот-сигналом. Элементы этого вектора представляют собой значения автокорреляциоиной функции пилот-сигнала, при этом задержки определяются соответствующими задержками пилот-сигнала, Поскольку смещение главного лепестка зависит от выбора задержек пилот-сигнала, вектор Р непосредственно связан с уг.гом этого смещения.
Для определения характеристик функционирования адаптивных антенных систем проведено большое число экспериментов по моделированию на ЭВМ решеток с различной геометрической конфигурацией и различных видов сигналов и помех. Для простоты изложения приводимые в следующих подразделах примеры ограничиваются плоскими решетками, составленными из идеальных изотропных (ненаправленных) элементов.
В каждом случае для адаптации используется метод наименьших квадратов. Во всех экспериментах начальные значения весовых коэффициентов приняты одинаковыми Моделирование для узкополосных сигналов На рис. 13.19 показаны 12-элементная круговая решетка и устройство обработки сигнала, которые используются для анализа функционирования узкополосной системы, приведенной на рис. 13.14.
Здесь пилот-сигнал представляет собой сииусоидальный сигнал единичной амплитуды с частотой гон и мощностью охи=0,5 и 858 тнв.. о о о з а а! б~ Рис. ГЗ.Г9. Схема зкс перимента для двух режимои с узкополоспммн енгиалатти: а . расналав,еннс ,лснантов; и — обработав снсналв н.та асиента предназначен для обучения решетки в направлении с 0=0'. Помеха состоит из синусоидальиого мешающего сигнала (с теми же частотой и мощностью, что п у пилот-сигнала) с направлением п и- ла 0=40' н малон случайной некоррелироваиной помехи в виде белого шума с мощностью о' =О,! на каждом элементе решетки.
При моделировании этой системы адаптация весовых коэффициентов осуществляется по алгоритму наименьших квадратов и двух режимах. На рис. !3.20 показана последовательность ДН, изменяющихся в процессе обучения решетки. Эти диаграммы построены с помощью ЭВМ и представляют собой выраженную в децибелах чувствительность решетки иа частоте гоп аналогично предыдущим ДН, рассмотренным в данной главе. Каждая ДН рассчитана для множества весовых коэффициентов, получаемых на различных стадиях процесса адаптации.
Отметим, что начальная ДН из-за симметричности антенной решетки прн равных начальных значениях весовых коэффициентов, по-существу, является круговой. На каждой ДН указано число прошедших (на момент вычисления данной ДН) периодов ХС частоты бае. В этих экспериментах число циклов адаптации равно 20ь1С, Отметим, тгго если ыа,'2Т=-1 кГп, нс ХС=! соответствует длительности 1 мс в реальном масштабе времени, если гтаг2Т=! МГц, то мС=! соответствует 1 мкс, и т.
д. По прггведенной на рис. 1320 последовательности ДН можно сделать некоторые выводы. В процессе адаптации чувствительность решетки в направлении приема по существу остается постоянной, а чувствительность в направлении источника синусоидальной помехи очень быстро падает; по мере развития процесса адаптации в ДН в направлении помехи формируется глубокий провал, После завершения переходного процесса чувствительность решетки в направлении помехи ниже чувствительности в заданном направлении приема на 27 дБ Адаптивный алгоритм формирует провал при отсутствии априорных данных о частоте и о направлении прихода помехи. Рнс. 13.20.
Изменение ДН в процессе обуче. пил схемы на рис. 13.19 при подавлении направленной, а также некоррелированной помех. й(С вЂ” число периодов частоты ыа, а число циклов адаптации равно 20 й(С Направление пр ема полез ого с гпапа Направление прихода с нусоидальнод помехи таблица 131 е(,О Относительная нм гги помехи Направ- ление помехи. град уровень подав. ленин помеки относительно валравлення приема, дв 0,8 (лвоснтельво и, 1 О.б МС -- 100 1,1О 0,95 1,00 0,90 1,05 67 134 19! 236 338 — 26 — 30 — 28 — 30 — 38 мс= о О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
