Перов А.И., Харисов В.Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования (4-е издание, 2010) (1142025), страница 113
Текст из файла (страница 113)
Принципиально, что характеристики оптимальной оценки параметра А при многоканальном наблюдении эквивалентны характеристикам оценивания Х при одноканальном наблюдении (18.12). Временной ~ Рис. 18.3. Схема оптимального алгоритма ПВОС Результирующий оптимальный алгоритм пространственно-временной обработки представлен на рис. 18.3 в виде последовательно соединенных оптимального пространственного фильтра (ОПФ) и временного фильтра.
При более общих постановках задачи, включающих меняющиеся во времени параметры сигнала и параметры Н, и У„характеризующие пространственное расположение АР, НИСЗ и источников помех, в структуре оптимального алгоритма меняется только вид временного фильтра (18.7, 18.16~. Прежде чем анализировать оптимальный пространственный фильтр рассмотрим антенный компенсатор помех. 712 где и„— эквивалентный шум с дисперсией фильтр [оэ~ — ф-к — > ! ! Пространственно-временная обработка сигналов в аппаратуре потребителей 18.3. Классический антенный компенсатор помех В классическом антенном компенсаторе помех (АКП) [18.20, 18.151 выделяют основную антенну, выход которой содержит полезный сигнал и помехи, и дополнительные (компенсационные) антенны, которые не должны содержать полезного сигнала, Структура компенсатора имеет вид рис.18.4.
вх1 Рнс. 18.4. Структура компенсатора В компенсаторе сигнал основного канала подается на сумматор с единичным весом, а колебания компенсационных каналов взвешиваются, исходя из помеховой обстановки. При этом цель подстройки весовых коэффициентов а- обеспечить минимальную мощность шума на выходе (минимальную дисперсию П колебания ц ). Выражение для а можно найти из условия В (а) =ппп: .Ол(а) = М Ц*(1 а) = " ' 11 а) = 1'~~+а Ъ'21+У12а+а У22а. Откуда, дифференцируя по а д/да'1Ц,(а))=У12+а Ъ'22 и приравнивая результат нулю, получаем а = — Ъ'22 Уд~ — — — У22 ~21. (18.13) Если Вх1, Вх2 схемы рис.
18.4 подключены к антеннам, такая компенсация эквивалентна формированию нулей в ДН на все источники приходящих сигналов, в связи с чем для этих схем даже используется термин Адаптивный формирователь нулей (АФН) [18.9~, а в иностранной литературе [18.15, 18.21)— пц11ег. Такой компенсатор помех часто используется в радиолокации как компенсатор боковых лепестков [18.20, 18.151. Коэффициент подавления.
Качество работы компенсатора принято характеризовать [18.20, 18.18] коэффициентом подавления, который определяется 713 Глава 18 как отношение дисперсии шума в основном канале к дисперсии шума на выхо- де АКП ,0 1~п = ~в (18.14) Учитывая, что .0~ — — Р;,, и приведенные выше соотношения, получаем ! ( .0 4Ч ) =Р;, — Ч„Чгг Чг,,т. е. ), ~! 1~п = -1 1''~ ~ — Ч~г . Чгг Чг~ Выражение для Кп упрощается, если вместо матрицы Ч ковариаций шу- мов в каналах использовать матрицы коэффициентов корреляции шумов р, т.е., Ч =арп, где 6= лад(ю>, а )=Лад~Я>,...1Р„),Р=~р ~, ~,~=1т,р, =м(ло ~/гр В частности, г Р;, = ст, р„= сг,, так как р» — — 1, 1 = 1, и, Чг =Чг = тРгРг,где пг =с11Ж(~'г,"о;.), Рг~ =(Рл Рз~ ".Р.н) Чгг = ~гРггпг, где (Ргг)," = Р,, 1.1 = 2.
и . При этом 2 -1 * -1 ~т~ РгРг (<~гРгг~ ) пг 1 Рг!рггрг1 Существенно, что коэффициент подавления зависит только от коэффициентов межканальной корреляции шумов. В частности, для одного опорного канала АКП (двухэлементной АР) 1 1 1~п = 1-!а !' 1-!~ !' 714 Замечание1.
Отметим, что экспериментально коэффициент подавления можно оценить, подав на входы компенсатора рис. 18.4 одно и то же колебание и замерив в установившемся режиме отношение мощностей 0~, /0„. Выражение для коэффициента подавления через р~ = рог характеризует "качество" каналов, интегрально учитывая действие декоррелирующих факторов: межканальной корреляции (коэффициент корреляции р собственно помеховых колебаний Х„и Х, в каждой из антенн) и внутренних шумов. Эти Глава 18 тельно, смесь помехи с мощностью Х1г с шумом в основном канале при идеальной коррелированности помех в каналах компенсатора будет подавлена до уровня Так как внутренний шум с мощностью 1Э„в основном канале не может быть компенсирован, то остаток мощности В„предлагается трактовать как нескомпенсированную часть помехи.
Более детальный анализ показывает, что на самом деле помеха в этом случае почти полностью компенсируется, однако при этом на выход АКП добавляется внутренний шум опорного канала с мощностью В„. В итоге мощность шумов на выходе АКП увеличивается по меньшей мере в 2 раза или на 3 дБ. Выше отмечалось, что с точки зрения создания условий для приема полезного сигнала, структура АКП оптимальна только тогда, когда полезный сигнал присутствует лишь в основном канале. Тем не менее, он нашел широкое применение в качестве устройства подавления помех на входе ПСН.
Например, в разработанном фирмой Кауйеоп антенном компенсаторе помех бАЯ-1, описываемом далее, в 7 элементной решетке центральный антенный элемент образует основной канал компенсатора, а расположенные вокруг него равномерно по окружности радиусом Я/2 6 элементов — вспомогательные каналы АКП. Оснс вные причины такой подмены оптимального пространственного фильтра компенсатором помех заключаются, прежде всего, в относительной сложности реализации электронной фокусировки на НИСЗ. Такая фокусировка требует весьма точной юстировки амплитудных и особенно фазовых характеристик элементов АР.
Кроме того, хотя положение НИСЗ в земной системе координат известно достаточно точно, ориентация АР на подвижных объектах изменяется в довольно широких пределах. Поэтому для реализации оптимального пространственного фильтра в современных приемниках типа бРЯ- приемника Ьос1йеед Магйп 0-ИТАК™ ~18.24] в блок антенной решетки приходится ставить специальные гироскопы, определяющие ориентацию АР.
Во— вторых, оптимальный пространственный фильтр предполагает фокусировку на каждый НИСЗ. С другой стороны, АКП реализует основную составляющую оптимальной пространственной обработки — режекцию помех, по сравнению с которой роль фокусировки, собирающей полезные сигналы от небольшого числа отдельных элементов АР, заметно меньше. При этом алгоритмы АКП не требуют знания направлений на источник помех, а извлекают необходимую информацию из корреляционных характеристик помех. Это следует из алгоритма оптимальной пространственной обработки (18.7), куда входит только корреляционная матрица помех на выходах элементов АР. Далее, в условиях СРНС АКП гаранти- 716 Пространственно-временная обработка сигналов в аппаратуре потребителей рованно не настраивается на подавление полезных сигналов. Дело в том, что приходящий полезный сигнал оказывается на 15 и 30 дБ ниже уровня внутреннего шума, поэтому даже в отсутствии внешних помех он не будет формировать нули в направлении на НИСЗ.
Наконец, анализ структуры ОПФ (см. п.18.4) подчеркивает важную роль АКП и в теории ПВОС. Замечание 2. Легко увидеть, что классический компенсатор получается путем минимизации выходного шума р К~ при ограничении р, =1. Иногда и предлагается другой вариант компенсатора, минимизирующего выходной шум р~1ф при ограничении ~ф~ =1. Можно показать, что такой компенсатор (в отличие от классического) при отсутствии помех формирует провал ДН на полезный сигнал. Замечание 3. В [18.281 предложен вариант построения пространственных фильтров с линейными ограничениями. Такой подход позволяет задавать направления, в которых нужно дополнительно формировать провалы и максимумы ДН.
К сожалению, рациональное задание таких ограничений требует установления детерминированного соответствия между физическим трехмерным пространством и пространством векторов Н =Г(д,а). Это предполагает фазирование антенной решетки и существенно усложняет реализацию. В дальнейшем при исследовании характеристик пространственной обработки мы будем рассматривать параллельно как оптимальный пространственный фильтр, так и АКП.
18.4. Структура оптимального пространственного фильтра Проанализируем структуру ОПФ. В нашем анализе выбраны представления, подчеркивающие фундаментальную роль АКП как важнейшей составляющей ОПФ. В выражении для алгоритма оптимальной пространственной обработки (18.7) легко увидеть две ее главные составляющие. Первая и основная для работы в условиях помех составляющая пространственной обработки — режекция помехи, отражаемая в выражении (18.7) умножением вектора наблюдения с выходов АР на матрицу У, содержащую все пространственно-временные -1 характеристики помехи, — 1 =ч ц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
