Раздел №14. Пространственно-временная обработка в НАП. (1151976)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

14. Пространственно-временная обработка в НАПДанный раздел курса будет посвящен теории и основным принципамразработки и построения НАП с пространственно-временной обработкой.Начнем с того, что в традиционном навигационном приемнике сненаправленной антенной используется только временная информация внаблюдаемомрадионавигационномиспользуетсятолькополе.информацияоИливременидругимиприходасловами–принимаемыхнавигационных сигналов различных НКА. В таком приемнике фактическиполностьюстираетсяпространственнаяинформациянаблюдаемогорадионавигационного поля, т.е. информация о направлении приходасигналов (как полезных сигналов НКА, так и помеховых).

Также очевидно,что в таком приемнике возможно подавление помех (если говорить опомехозащищенной НАП) только во временной области (например,частотная селекция узкополосных помех [5, глава 19]).Для того, чтобы использовать пространственную информациюпринимаемогорадионавигационногополянеобходимоиспользоватьантенную решетку.

С точки зрения технической реализации такогоприемникавнастоящеевремяиспользуетсяпринципэлектронногоуправления, состоящий в том, что сигналы с антенных элементовпринимаются и преобразовываются каждый в своем ВЧ тракте вплоть доАЦП, а затем уже в цифровой форме сигналы с антенных элементовскладываются с определенными комплексными весовыми коэффициентамидля получения необходимого амплитудно-фазового распределения.

То естьне используются т.н. ФАР и АФАР, в которых формирование амплитуднофазового распределения осуществляется непосредственно в антеннойрешетке либо посредством создания специальной конструкции решетки,позволяющей тем или иным образом формировать ДН (например, меняя«качая» частоту), либо установкой в каждый антенный элемент (или группуэлементов) фазовращателя.Здесь также, как и раньше при разработке оптимальных алгоритмовприема и обработки сигналов во временной области (для НАП сненаправленнойантенной)структураобработкивомногомбудетопределяться постановкой задачи синтеза и выбором критериев.Для синтеза алгоритмов пространственно-временной обработкисигналов в приемнике с антенной решеткой возможны следующие вариантыпостановки задачи синтеза:1.

оптимальный алгоритм пространственно-временной обработкивусловияхотсутствиявнешних(преднамеренныхилинепреднамеренных) помех при известном направлении приходаполезного сигнала;2. оптимальный алгоритм пространственно-временной обработкивусловияхотсутствиянепреднамеренных)помехвнешнихпри(преднамеренныхнеизвестномилинаправленииприхода полезного сигнала;3. оптимальный алгоритм пространственно-временной обработкив условиях присутствия внешних (преднамеренных илинепреднамеренных) помех при известном направлении приходаполезного сигнала;4. оптимальный алгоритм пространственно-временной обработкив условиях присутствия внешних (преднамеренных илинепреднамеренных)помехпринеизвестномнаправленииприхода полезного сигнала.Первый вариант постановки задачи синтеза приводит к алгоритму, вкотором можно выделить пространственную и временную обработку.Причем пространственная обработка сводится фактически к фокусировке наизвестные направления прихода полезных сигналов НКА (причем благодаряпринципу электронного управления даже при небольшом количествеантенныхэлементоввозможноформированиеодновременномногих«электронных лучей»), а временная обработка сводится к алгоритмам приодноканальномприемепослефокусировки.Приэтомдостигаемыйпространственной обработкой эффект сводится к увеличению энергетикисигналов в m раз, где m – количество антенных элементов.

Такая задачахарактерна для стационарных приемников с известной ориентацией антеннойрешетки (например, беззапросные измерительные станции (БИС) в составеНКУ ГЛОНАСС).Вторая задача (при включении неизвестных углов ориентацииантеннойрешетки)фактическисоответствуетсинтезуоптимальногоугломерного приемника (не помехоустойчивого).Третий вариант постановки характерен для синтеза пространственновременных алгоритмов помехоустойчивых приемников с «бимформером»(«beamformer»). Именно такая задача и будет рассматриваться в рамкахнастоящего раздела лекций.И четвертая задача фактически соответствует (при включениинеизвестных углов ориентации антенной решетки) синтезу оптимальногопомехоустойчивого угломерного приемника.

Такой алгоритм являетсядостаточно сложным и его проработка как теоретическая, так и практическаяв настоящее время только ведется.Рассмотрим далее несколько более подробно постановку задачисинтеза оптимальный алгоритма пространственно-временной обработки вусловиях присутствия внешних (преднамеренных или непреднамеренных)помех при известном направлении прихода полезного сигнала, которыйприводит в том числе к т.н.

приемнику с пространственным компенсаторомпомех. При этом информация о направлении прихода сигнала (илипространственной ориентации решетки) поступает, например, либо отвнешнего источника, либо для этой цели используется встроенная система набазе бесплатформенной ИНС, которая позволяет получать данные опространственнойориентациисточностью,достаточнойдляфункционирования пространственного алгоритма.Модель наблюдения на выходе m-элементной антенной решеткизададим в следующем виде: t  n 0,t ,ξ t  H t  st  λ t   Ct  n(14.1)где st  λ t  – полезный сигнала НКА, зависящий от вектора информационныхпараметров λ t ;H   H i   f i   s   e j r e , i  1, m – вектор комплексных коэффициентов0Tsдля полезного сигнала;f i   s  – диаграмма направленности i-го антенного элемента;r  r1 , r2 ,...,rm  – массив радиус-векторов антенных элементов в системекоординат связанной с антенной решеткой;e s – единичный вектор (орт) на i-ый НКА;C  Cip   f i   s   e j r e , i  1, m, p  1, P – матрица  m  P  комплексных0Tnкоэффициентов для помеховых сигналов;e n  en ,1 , en ,2 ,...,en , P  – массив единичных векторов (ортов) на источникипомех;   n1  nP nT– вектор некоррелированных шумов внешних помех,приходящих в центр антенной решетки;Tn 0   n0,1  n0,m  – вектор собственных внутренних некоррелированныхшумов в антенных элементах.На рисунке 14.1 схематически показано расположение начала системыкоординат, связанного центром антенной решетки и радиус-векторов.er3r1r2Рисунок 14.1Если ввести обозначение для суммарного шума t  n 0,tn t  Ct  n(14.2)то уравнение наблюдения запишется какξ t  H t  st  λ t   n t .Рассмотрим(14.3)алгоритмопределениявектораинформационныхпараметров λ t по критерию максимального правдоподобия.Функция правдоподобия p  ξ λ  для наблюдения (14.1) или (14.3) вслучае гауссовских внешних и внутренних помех имеет вид:H 1p  ξ λ   C  exp  ξ  H  s  λ   R n1 ξ  H  s  λ    , 2(14.4)где R n – ковариационная матрица суммарных шумов (14.2) (содержит всепространственно-временные характеристики помехи).Алгоритм оценки λ t по критерию максимума правдоподобия в общемвиде записывается как:1λˆ  max p  ξ λ  .λ(14.5)Алгоритм (14.5) с учетом вида ФП (14.4) соответствует минимумупоказателя экспоненты в (14.4):H1λˆ  min ξ  H  s  λ   R n1 ξ  H  s  λ   λ maxλ1Re HHR ξ  s  λ   .1nЕсли обозначить через  новое наблюдение(14.6)  H H R n1ξ(14.7)то алгоритм (14.6) примет вид:1λˆ  max Re   s  λ   .λ(14.8)Если в приемнике используется группирование наблюдений, тоалгоритмы (14.6) и (14.8) обобщаются очевидным образом:Mˆλ  max 1 Re  H H R 1ξ  s   λ    ,nppλ  p 1(14.9)Mˆλ  max 1 Re    s   λ    . p pλ  p 1(14.10)Можно обратить внимание на тот факт, что алгоритм (14.10)представляетсобойпривычныйалгоритм вовременнойобластиснаблюдением, определяемым выражением (14.7).Выражение (14.9) описывает оптимальный (по критерию максимумаправдоподобия) алгоритм оценки вектора λ t по наблюдению вида (14.1).В полученном алгоритме можно выделить две главные составляющие.Для этого обратимся к выражению (14.7) для наблюдения  .

Запишемпоследнее чуть иначе:   H H  R n1ξ  .Первая составляющая – умножение вектора наблюдений с антенныхэлементов ξ на матрицу R n1 обратную ковариационной матрице помех:ξ  R 1ξ . Данная операция осуществляет т.н. пространственную режекциюnпомех, т.е. реализует функцию компенсации помех.Вторая составляющая алгоритма пространственной обработки –объединенийполезныхсигналов,содержащихсявнаблюденияхξ .Последнее осуществляется умножением ξ на вектор H H , содержащийвеличины комплексно-сопряженные к комплексным коэффициентам дляполезного сигнала в антенной решетке:   H H ξ   R n1ξ  . Последняяоперация соответствует фокусировке на полезный сигнал.Структура пространственного фильтра, описываемого выражением(14.7) показана на рисунке 14.2.

Такой пространственный фильтр являетсяосновным элементом оптимального приемника с пространственно-временнойобработкой сигналов в условиях воздействия внешних помех.ξξR n1HHРисунок 14.2Так называемый адаптивный компенсатор помех (АКП) являетсяфактически частью оптимального приемника с пространственно временнойобработкой, т.е. первый элемент в структуре пространственного фильтра(рисунок 14.2).

Основные задачи, которые выполняет АКП: определение ковариационной матрицы помех R n ; обращение полученной ковариационной матрицы; режекцияпомехпутемумножениявекторавесовыхкоэффициентов (из обратной ковариационной матрицы помехR n ) на вектор наблюдений с антенных элементов.Несмотря на кажущуюся простоту указанных операций реализоватьтакой алгоритм в условиях воздействия мощных помех – задача достаточнотрудная. Причем первую операцию в алгоритме режекции помех –определение ковариационной матрицы помех R n – научились выполнятьдостаточно давно. Указанная матрица определяется непосредственно повыборке наблюдений благодаря особенностям функционирования НАП (дляэтого не нужно знать ни направление на помеху, ни ориентацию антеннойрешетки): полезный сигнал находится ниже уровня собственных шумов, авнешние помехи на много порядков превышают внутренние шумыприемника.Собственно основные трудности в реализации АКП связаны именно сопределением вектора весовых коэффициентов и обращением матрицы R n .Наличие разнообразных алгоритмов и подходов в разработке АКП во многомсвязаны с тем или иным способом решения указанных задач.Укажемтакжеещерядосновныхтрудностейипроблем,широком(очень!)ограничивающих характеристики реальной аппаратура АКП:1.

обеспечениелинейноститрактавдинамическом диапазоне;2. неидентичность (рассогласование) КЧХ приемных каналовантенных элементов;3. помеховая многолучевость.Решение первой проблемы обеспечивается выбором соответствующейэлементной базы (в основном за счет выбора многоразрядных АЦП).Вторая проблема решается двояко. С одной стороны, это подбор (илиразработка) соответствующей элементной базы с минимально возможнымразбросом параметров. С другой – включение в состав блока цифровойобработкиспециальныхкорректирующихфильтров(эквалайзеров),обеспечивающих выравнивание рассогласования характеристик трактов.Последняя из указанных проблем может быть решена путемсоответствующего усовершенствования алгоритма АКП (при этом в каналахрежекции возникают т.н.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций