способ адаптивного подавления пространственных помех

Классы МПК:H01Q21/00 Антенные решетки и системы
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-09-06
публикация патента:

Изобретение относится к области радиоэлектроники. а именно к многоэлементным апертурным антеннам. Техническим результатом является обеспечение подавления помех при отсутствии априорной информации о направлениях их прихода без нарушения режима бесперебойного приема антенной системой рабочей информации. Способ адаптивного подавления пространственных помех состоит в том, что создают антенную систему, состоящую из плоской многоэлементной антенной решетки, антенных элементов, управляемых фазовращателей, сумматора сигналов и блока измерений, вычислений и управления, в зоне обзора ДH формируют массив контрольных угловых направлений, для каждого из которых определяют режекторное фазовое распределение поля в апертуре антенны, при котором обеспечивается формирование провала в ДП в этом направлении, не прерывая режима приема антенной системой рабочей информации, определяют угловые направления, в которых необходимо подавить помехи, для чего последовательно устанавливают в антенной решетке для каждого контрольного углового направления соответствующее режекторное фазовое распределение и выявляют направления, в которых формирование режекторного фазового распределения приводит к подавлению помехи, формируют массив контрольных угловых направлений, в которых выявлено подавление помех, и устанавливают в антенной решетке результирующее режекторное фазовое распределение, которое обеспечивает подавление помех во всех выявленных направлениях. 4 ил. способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928

способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928

Формула изобретения

Способ адаптивного подавления пространственных помех, включающий создание антенной системы, состоящей из плоской многоэлементной антенной решетки, антенных элементов, управляемых фазовращателей, сумматора сигналов и блока измерений, вычислений и управления, для которых известны способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 (x, y) - область апертуры плоской многоэлементной антенной решетки;

N - общее число антенных элементов;

xr, yr - координаты фазовых центров антенных элементов под номерами r, где r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N;

Ф0(x, y) - исходное распределение фазы напряженности поля в апертуре;

способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - исходная энергетическая диаграмма направленности (ДН) с фиксированным направлением главного лепестка, где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - сферические координаты точки наблюдения;

P nm(x, y) - множество ортонормированных гармоник, где (n, m) - номера гармоник;

способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 п - пороговое значение индикатора помех,

отличающийся тем, что для подавления пространственных помех в отсутствии информации о направлениях их прихода без нарушения режима приема антенной системой рабочей информации, минимизации реального времени, затрачиваемого на подавление помех, и автономной оценки направлений на источники помех единовременно формируют массив вспомогательных данных, формируют массив контрольных угловых направлений (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), для чего выделяют в боковых лепестках энергетической ДН способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 смежные по углу способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 сектора, а в качестве контрольных направлений берут значения (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), соответствующие максимумам боковых лепестков в этих секторах, где i - номер бокового лепестка ДН, j - номер сектора в боковом лепестке, для контрольных угловых направлений (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) формируют массивы режекторных наборов фаз для управляемых фазовращателей, разлагают Ф0(x, y) в ряд Фурье по функциям Pnm(x, y), который представляют в виде Ф0(x, y)=Ф01(x, y)+Ф02 (x, y), где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ,

способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - коэффициенты Фурье разложения функции Ф0(x, y);

1 - максимальный линейный размер плоской многоэлементной антенной решетки;

k - волновое число свободного пространства,

для каждого контрольного углового направления (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) путем минимизации функционала способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928

где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij - множители Лагранжа;

n, m - номера гармоник Pnm(x, y), находят значения способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - коэффициентов Фурье и рассчитывают функцию способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 по формуле способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ,

рассчитывают режекторное фазовое распределения поля в апертуре антенны Фij(x, y) по формуле способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , из значений Фij(x, y) в точках xr , yr формируют режекторный набор фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N, массивы (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , составляющие массив вспомогательных данных, заносят в память блока измерений, вычислений и управления, процедуру выявления и подавления помех проводят с периодичностью, задаваемой внешними командами или программой блока измерений, вычислений и управления, каждую процедуру выявления и подавления помех проводят следующим образом, измеряют величину Q1 - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов, соответствующую текущему распределению фазы напряженности поля в плоской многоэлементной антенной решетке, тестируют каждое контрольное угловое направление (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) на наличие помех с этого направления, используя содержащийся в памяти блока измерений, вычислений и управления массив вспомогательных данных, по командам блока измерений, вычислений и управления устанавливают в управляемых фазовращателях плоской многоэлементной антенной решетки значения фаз, соответствующие режекторному набору фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , и измеряют величину Qij - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов при установке режекторного набора фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , по значениям Q1 и Qij вычисляют соответствующую им величину индикатора помех способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, если способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij>способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 n, делают вывод, что в направлении (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) действует помеха, которую надо подавить, и присваивают этому контрольному угловому направлению обозначение способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 соответствующее режекторному набору фаз - обозначение способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 где r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N, по завершении тестирования всех контрольных угловых направлений формируют массив контрольных угловых направлений способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 в которых выявлено воздействие помех, и соответствующий этим направлениям массив режекторных наборов фаз - способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 по командам блока измерений, вычислений и управления устанавливают в управляемых фазовращателях плоской многоэлементной антенной решетки значения фаз, соответствующие результирующему режекторному набору фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 где суммирование ведется по всем in, j n, a r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N, установка в плоской многоэлементной антенной решетке 1-1 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 обеспечивает подавление всех выявленных помех, выявленные контрольные угловые направления способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 используют как оценку направлений на источники помех, если условие способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij>способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 n, не выполняется ни для одного направления (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), текущее фазовое распределение сохраняют в антенне без изменений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в многоэлементных апертурных антеннах радиокомплексов наземного или космического базирования для адаптивного подавления приходящих на антенну внешних радиопомех (далее - помеха).

Известен способ адаптивного подавления помех в многоэлементной апертурной антенне. (Р.А.Монзинго, Т.У.Миллер, Адаптивные антенные решетки. М.: "Радио и связь", 1986 г., стр.78-89). При данном способе заданными величинами являются: диаграммы направленности (ДН) антенных элементов многоэлементной апертурной антенны, геометрические параметры взаимного расположения антенных элементов и значения комплексных коэффициентов передачи каждого антенного элемента. Априорные данные о величине и направлении прихода помехи не используются. Многоэлементную апертурную антенну переводят из режима приема рабочей информации в режим тестирования и осуществляют обзор пространства, дискретно изменяя направление главного лепестка ДН антенны, с общим числом реализуемых тестовых направлений, равным числу антенных элементов N. Для каждого направления ДН с номером направления - n на выходе многоэлементной антенны измеряют комплексную величину принимаемого сигнала способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , являющегося смесью суммарного полезного сигнала и помехи. По измеренным данным строят корреляционную матрицу способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - величина, комплексно сопряженная способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , а n, m=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N. Путем математических вычислений по измеренной корреляционной матрице U определяют и устанавливают в антенных элементах под номерами i комплексные коэффициенты передачи k(U)i , где i=1,способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N, что обеспечивает подавление помехи при максимальном отношении сигнала к помехе.

К недостаткам данного способа относятся;

- необходимость перевода антенны из режима приема рабочей информации в режим тестирования на время подготовки к проведению процедуры подавления помех;

- необходимость проведения большого объема сложных и высокоточных измерений величин способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 и рост числа измерений и вычислений с ростом числа антенных элементов;

- необходимость полного повторения процедур измерений и вычислений при изменении энергетических и пространственных характеристик помехи.

Признаки настоящего изобретения, совпадающие с признаками первого аналога:

- использование данных о параметрах многоэлементной антенной системы;

- определение и установка в антенных элементах величин комплексных коэффициентов передачи, обеспечивающих подавление помех.

Известен способ подавления помех (патент RU 2311708, 2006 г.) - наиболее близкий по технической сущности к патентуемому изобретению, который принят за прототип изобретения. В известном изобретении по заданной функции нормированного амплитудного распределения поля в плоской апертуре антенны способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 0(x, y) строится последовательность двумерных ортонормированных полиномов Pnm(x, y). По известным углам прихода помех (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 q, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 q), где q=1, 2, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , M, минимизируют функционал способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - исходная энергетическая ДН антенны, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 q - множители Лагранжа, находят значения C nm - коэффициентов Фурье разложения функции фазового распределения поля в плоской апертуре антенны Ф(x, y) и определяют Ф(x, y) по формуле способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где k - волновое число свободного пространства, 1 - максимальный линейный размер апертуры антенны. Реализуют Ф(x, y) в апертуре антенны, что обеспечивает формирование провалов в ДН в направлениях прихода помех.

К недостаткам известного изобретения относятся:

- необходимость получения данных о направлениях прихода помех от внешних источников информации;

- необходимость при изменении углов прихода помех (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 q, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 q) повторения вычислений в полном объеме.

Признаки настоящего изобретения, совпадающие с признаками прототипа:

- использование данных о геометрических параметрах плоской апертуры антенны и параметрах антенных элементов;

- использование массива двумерных ортонормированных полиномов Pnm(x, y);

- определение и установка в плоской апертуре антенны фазового распределения поля, обеспечивающего формирование провала в ДН в нужных направлениях.

Настоящее изобретение - способ адаптивного подавления пространственных помех решает задачи эффективного подавления внешней помехи и автономной оценки направлений на источники помех путем управления распределением фазы поля в апертуре многоэлементной антенной системы.

Технический результат настоящего изобретения - обеспечение подавления помех при отсутствии априорной информации о направлениях их прихода без нарушения режима бесперебойного приема антенной системой рабочей информации, внесение при подавлении помех минимальных потерь в главном направлении ДН, обеспечение адаптации процедуры подавления помех к изменению направления прихода помех, минимизации реального времени, затрачиваемого на подавление помех, и обеспечение автономной оценки направлений на источники помех.

Сущность патентуемого способа адаптивного подавления пространственных помех поясняется описанием примера его реализации и чертежами, на которых представлены:

Фиг.1. Схема многоэлементной апертурной антенны с избирательным управлением уровнями боковых лепестков ДН.

Фиг.2. ДН с подавленным первым боковым лепестком.

Фиг.3. ДН с подавленным вторым боковым лепестком.

Фиг.4. ДН с подавленным пятым боковым лепестком.

На фиг.1 введены следующие обозначения:

1 - антенная система, 1-1 - плоская многоэлементная антенная решетка; 1-1-1 r - антенный элемент под номером r; 1-1-2r - управляемый фазовращатель антенного элемента под номером r; 1-2 - сумматор сигналов; 1-3 - блок измерений, вычислений и управления, Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - суммарный сигнал на выходе сумматора сигналов 1-2; К - внешняя команда на проведение процедуры подавления помех; Kr - команда блока измерений, вычислений и управления на установку в управляемом фазовращателе антенного элемента под номером r фазы Фr(xr,yr); Ф r(xr, yr) - величина фазы управляемого фазовращателя 1-1-2r.

Способ адаптивного подавления пространственных помех в отсутствии априорной информации о направлении прихода помех включает создание антенной системы 1, в которую входят плоская многоэлементная антенная решетка 1-1, состоящая из антенных элементов 1-1-1r и управляемых фазовращателей 1-1-2r, сумматора сигналов 1-2 и блока измерений, вычислений и управления 1-3. Полезный сигнал и сигнал помехи поступают на антенные элементы 1-1-1r, с выхода которых их направляют через управляемые фазовращатели 1-1-2 r в сумматор сигналов 1-2, на выходе которого получают Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - суммарный сигнал на выходе сумматора сигналов 1-2. Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 направляют в блок измерений, вычислений и управления 1-3. По внешней команде К или периодически по программе блока измерений, вычислений и управления 1-3 в блоке измерений, вычислений и управления 1-3 автоматически проводят анализ характеристик Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , выявляют наличие или отсутствие в нем помех, вырабатывают и подают команды Kr на установку в управляемых фазовращателях 1-1-2r значений фаз Фr(xr,y r), обеспечивающих подавление помех. Суммарный сигнал U способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 через блок измерений, вычислений и управления 1-3 непрерывно транслируют в радиокомплекс.

Для антенной системы 1 известными являются: способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 (x, y) - область апертуры плоской многоэлементной антенной решетки 1-1, которая может быть различной (круг, эллипс, прямоугольная вырезка или несколько компланарных раскрывов, представляющих плоскую многосвязную область); N - общее число антенных элементов; xr, yr -координаты фазовых центров антенных элементов под номерами r, где r=1,способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ,N, Ф0(x, y) - функция исходного фазового распределения основой поляризационной составляющей напряженности поля в апертуре; Pnm(x, y) - множество ортонормированных гармоник, где (n, m) - номера гармоник; способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - исходная энергетическая диаграмма направленности (ДН) с фиксированным направлением главного лепестка, где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - сферические координаты точки наблюдения; способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 п - пороговое значение индикатора помех способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 .

Задачей настоящего изобретения является обеспечение при любом фиксированном направлении главного лепестка ДН подавления пространственных помех при отсутствии информации о направлениях их прихода без нарушения режима приема антенной системой рабочей информации, минимизации реального времени, затрачиваемого на подавление помех, и автономной оценки направлений на источники помех.

Множество Pnm(x, y) - это гармоники разложения по известной методике (Суетин П.К., Ортогональные многочлены по двум переменным. М.: Наука, 1976 г., стр. xxx) функции способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 0(x, y) на области способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 (x, y), где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 0(x,y) - нормированное относительно своего максимального значения в области способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 (x, y) известное для многоэлементной антенной решетки 1-1 амплитудное распределение основой поляризационной составляющей напряженности поля в апертуре Е0(x, y).

Индикатор помех способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 характеризует влияние помех на качество Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 . При конкретной реализации настоящего изобретения физический смысл индикатора помех способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 определяется физическим содержанием параметра Q - характеристики качества сигнала Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , используемой в конкретном радиокомплексе. Например, в качестве Q могут использовать либо Pспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - мощность суммарного сигнала Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , либо pспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - вероятность ошибок в Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , а в качестве индикатора помех способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 могут использовать, соответственно, величину способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 равную величине изменения Pспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , или величину способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , равную величине изменения pспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , которые регистрируют в ходе реализации патентуемого способа подавления помех, где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 без подавления помех, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 при подавлении помех, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 без подавления помех, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 при подавлении помех. При наличии помехи ее подавление приводит к снижению Pспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 или к уменьшению pспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , что приводит к росту величин способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 M и способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 в. Превышение величиной способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 порогового значения - способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 п означает, что в Uспособ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 присутствует помеха. Пороговое значение способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 п определяют из тактико-технических требований к конкретному радиокомплексу.

Реализация способ адаптивного подавления пространственных помех делится на два этапа. На первом этапе единовременно создают и заносят в память блока измерений, вычислений и управления 1-3 массив вспомогательных данных. На втором этапе по внешним командам или по программе блока измерений, вычислений и управления 1-3 проводят необходимое число раз типовую процедуру выявления и подавления помех с использованием массива вспомогательных данных.

Работы первого этапа можно проводить предварительно. В реальном времени необходимо проводить только процедуру выявления и подавления помех, причем при ее повторении используют уже существующий массив вспомогательных данных. Такая структура реализации патентуемого изобретения обеспечивает минимизацию реального времени, затрачиваемого на подавление помех.

На этапе единовременного создания и занесения в память блока измерений, вычислений и управления 1-3 массива вспомогательных данных выполняют следующие операции.

Выделяют в боковых лепестках энергетической ДН способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 смежные по углу способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 сектора и выбирают контрольные направления (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), соответствующие максимумам боковых лепестков в этих секторах, где i - номер бокового лепестка ДН, j - номер сектора в боковом лепестке. Из полученных (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) формируют массив контрольных угловых направлений, в которых будут выявлять наличие помех.

При конкретной реализации настоящего изобретения массив контрольных угловых направлений формируют исходя из конфигурации ДН антенной решетки 1-1 и целевого назначения радиокомплексов, в которых используется антенная система. Например, если ДН не имеет особых зон, логично делить боковые лепестки ДН по углу способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 равномерно на J смежных угловых секторов с угловыми размерами секторов, приблизительно равными ширине боковых лепестков, а в качестве способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij брать направления координатных лучей

способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 где j=0, 1, 2,способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , J, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 л - усредненная ширина бокового лепестка ДН, а в качестве способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij брать значения способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , соответствующие максимуму бокового лепестка ДН под номером i в направлении способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, где i=1, 2,способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , I, I - число боковых лепестков, учитываемых при анализе. Максимальный номер бокового лепестка i=I, учитываемого при анализе, выбирают, как правило, из энергетических соображений, например, из условия способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - величина энергетической ДН в главном направлении, а величина способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 определяется тактико-техническими требованиями к радиокомплексу.

Для контрольных угловых направлений (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) формируют массивы режекторных наборов фаз для управляемых фазовращателей 1-1-2r, установка которых в фазовращателях обеспечивает формирование провалов в боковых лепестках ДН, т.е. подавление помех, в этих контрольных угловых направлениях.

Разлагают Ф0(x, y) в ряд Фурье по функциям Pnm(x, y), который представляют в виде Ф0(x, у)=Ф01(x, у)+Ф02 (x, у), где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - коэффициенты Фурье разложения функции Ф0(x, y), l - максимальный линейный размер плоской многоэлементной антенной решетки 1-1, k - волновое число свободного пространства.

Составляющие ряда Фурье - Ф01(x, y), Ф 02(x, y) в силу взаимной ортогональности являются независимыми друг от друга аддитивными фазовыми распределениями, т.е. изменения в одной составляющей не влияет на вид другой.

Составляющая Ф01(x, y) задает направление главного лепестка ДН. Поэтому для любого фиксированного направления главного лепестка ДН функцию Ф01(x, y) не меняют на всех этапах реализации патентуемого способа подавления помех.

Составляющая Ф02(x, y) определяет вид боковых лепестков. Поэтому для формирования провалов в боковых лепестках ДН в заданных направлениях управляют только составляющей Ф02(x, y).

Для каждого контрольного углового направления (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) путем минимизации функционала способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij - множители Лагранжа, n, m - номера гармоник Pnm(x,y), находят значения способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - коэффициентов Фурье и рассчитывают функцию способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 по формуле способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 . Рассчитывают режекторное фазовое распределения поля в апертуре антенны способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 по формуле способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 . Из значений способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 в точках xr, yr формируют режекторный набор фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N.

Установка в плоской многоэлементной антенной решетке 1-1 режекторного набора фаз Фij(x r, yr) обеспечивает формирование провала в ДН в направлении (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), не изменяя направления главного лепестка ДН и не внося значительных потерь в главном направлении ДН.

Массивы (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , составляющие массив вспомогательных данных, заносят в память блока измерений, вычислений и управления 3.

Процедуру выявления и подавления помех проводят с периодичностью задаваемой внешними командами или программой блока измерений, вычислений и управления 1-3.

Каждую процедуру выявления и подавления помех проводят следующим образом.

Измеряют величину Q1 - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов 1-2, соответствующую текущему распределению фазы напряженности поля в плоской многоэлементной антенной решетки 1-1.

Используя содержащийся в памяти блока измерений, вычислений и управления 1-3 массив вспомогательных данных, тестируют каждое контрольное угловое направление (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) на наличие помех с этого направления. По командам блока измерений, вычислений и управления 1-3 устанавливают в управляемых фазовращателях 1-1-2ij плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 значения фаз, соответствующие режекторному набору фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 для этого направления, и измеряют величину Qij - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов 1-2 при установке режекторного набора фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 . По значениям Q1 и Qij вычисляют соответствующую им величину индикатора помех способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij. Если способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij>способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 п, делают вывод, что в направлении (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 j) действует помеха, которую надо подавить, и присваивают этому контрольному угловому направлению обозначение способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , а соответствующему режекторному набору фаз - обозначение способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где r=1,способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N.

По завершению тестирования всех контрольных угловых направлений формируют массив контрольных угловых направлений способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , в которых выявлено воздействие помех, и соответствующий этим направлениям массив режекторных наборов фаз - способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 .

Текущим распределением фазы напряженности поля в апертуре может быть исходное фазовое распределение Ф 0(x,y) или фазовое распределение, установленное в результате реализации предыдущей процедуры выявления и подавления помех. Патентуемый порядок выявления контрольных угловых направлений, в которых необходимо подавить помехи, обеспечивает выявления контрольных угловых направлений в обоих случаях.

По командам блока измерений, вычислений и управления 3 устанавливают в управляемых фазовращателях 1-1-2ij плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 значения фаз, соответствующие результирующему режекторному набору фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где суммирование ведется по всем iп, j п, а r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N. Установка в плоской многоэлементной антенной решетке 1-1 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 обеспечивает подавление всех выявленных помех.

Выявленные контрольные угловые направления способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 используют как оценку направлений на источники помех.

Если условие способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij>способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 п, не выполняется ни для одного направления (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), текущее фазовое распределение сохраняют в антенне без изменений.

Патентуемая процедура выявления и подавления помех адаптивна к изменениям состава и направлениям прихода помех, поскольку предусматривает автоматическое выявление контрольных угловых направлений, в которых действуют помехи, при любых направлениях прихода и состава помех, а установка в управляемых фазовращателях 1-1-2i,j плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 соответствующего результирующего режекторного набора фаз автоматически обеспечивает подавление помех.

Отличительные признаки изобретения

Единовременно формируют массив вспомогательных данных

Выделяют в боковых лепестках энергетической ДН способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 смежные по углу способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 сектора и выбирают контрольные направления (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), соответствующие максимумам боковых лепестков в этих секторах, где i - номер бокового лепестка ДН, j - номер сектора в боковом лепестке. Из полученных (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) формируют массив контрольных угловых направлений, в которых будут выявлять наличие помех.

Для контрольных угловых направлений (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) формируют массивы режекторных наборов фаз для управляемых фазовращателей 1-1-2r.

Разлагают Ф0(x, y) в ряд Фурье по функциям Pnm (x, y), который представляют в виде Ф0(x,y)=Ф 01(x,y)+Ф02(x,y), где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - коэффициенты Фурье разложения функции Ф0(x, y), 1 - максимальный линейный размер плоской многоэлементной антенной решетки 1-1, k - волновое число свободного пространства.

Для каждого контрольного углового направления (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) путем минимизации функционала способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 где способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij - множители Лагранжа, n, m - номера гармоник Pnm(x,y), находят значения способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 - коэффициентов Фурье и рассчитывают функцию способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 по формуле способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 . Рассчитывают режекторное фазовое распределения поля в апертуре антенны способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 по формуле способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 . Из значений способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 в точках xr, yr формируют режекторный набор фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N.

Массивы (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , составляющие массив вспомогательных данных, заносят в память блока измерений, вычислений и управления 3.

Процедуру выявления и подавления помех проводят с периодичностью, задаваемой внешними командами или программой блока измерений, вычислений и управления 1-3.

Каждую процедуру выявления и подавления помех проводят следующим образом.

Измеряют величину Q1 - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов 1-2, соответствующую текущему распределению фазы напряженности поля в плоской многоэлементной антенной решетки 1-1.

Используя содержащийся в памяти блока измерений, вычислений и управления 1-3 массив вспомогательных данных, тестируют каждое контрольное угловое направление (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) на наличие помех с этого направления. По командам блока измерений, вычислений и управления 1-3 устанавливают в управляемых фазовращателях 1-1-2ij плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 значения фаз, соответствующие режекторному набору фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 для этого направления, и измеряют величину Qij - характеристику качества суммарного сигнала на выходе сумматора сигналов 1-2 при установке режекторного набора фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 . По значениям Q1 и Qij вычисляют соответствующую им величину индикатора помех способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij. Если способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij>способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 п, делают вывод, что в направлении (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij) действует помеха, которую надо подавить, и присваивают этому контрольному угловому направлению обозначение способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , а соответствующему режекторному набору фаз - обозначение способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 где r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N.

По завершении тестирования всех контрольных угловых направлений формируют массив контрольных угловых направлений способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , в которых выявлено воздействие помех, и соответствующий этим направлениям массив режекторных наборов фаз - способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 .

По командам блока измерений, вычислений и управления 3 устанавливают в управляемых фазовращателях 1-1-2 i,j плоской многоэлементной антенной решетки 1-1 значения фаз, соответствующие результирующему режекторному набору фаз способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , где суммирование ведется по всем iп, j п, а r=1, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 , N. Установка в плоской многоэлементной антенной решетке 1-1 способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 обеспечивает подавление всех выявленных помех.

Выявленные контрольные угловые направления способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 используют как оценку направлений на источники помех.

Если условие способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij>способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 п, не выполняется ни для одного направления (способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 ij), текущее фазовое распределение сохраняют в антенне без изменений.

Реализация способа адаптивного подавления пространственных помех

Измерительная система, реализующая патентуемый способ, может быть построена на основе широко используемых в разработках и хорошо освоенных в производстве СВЧ приборов: антенных элементов, управляемых аналоговых или цифровых фазовращателей и сумматоров сигналов. Для создания электронных блоков измерений, вычислений и управления существует развитая элементная база.

Для подтверждения работоспособности и эффективности патентуемого способа адаптивного подавления пространственных помех было проведено компьютерное моделирование процедуры подавления пространственных помех, результаты которых иллюстрируются на фиг.2, фиг.3, фиг.4.

Моделирование проводилось для линейной антенной решетки с размером kl=30способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 и с направлением главного лепестка ДН способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 0=0. В качестве направлений прихода помех были выбраны середина первого бокового лепестка ДН, середина второго бокового лепестка ДН и середина пятого бокового лепестка ДН.

Рассчитывались: способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 i(дБ) - величина подавления бокового лепестка ДН под номером i; способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 0i(дБ)- величина снижения главного лепестка ДН, возникающая при подавлении бокового лепестка под номером i; способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 i(дБ)=способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 i-способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 0i - выигрыш в соотношении сигнал/помеха при подавлении бокового лепестка под номером i.

На фиг.2, фиг.3, фиг.4 сравниваются исходная энергетическая ДН (линия 1 на фигурах) и ДН, для которых подавление боковых лепестков применено в соответствии с патентуемым способом (линия 2 на фигурах). На фигурах вертикальной стрелкой обозначаются подавляемые боковые лепестки.

При подавлении помехи с направления первого бокового лепестка ДН (см. Фиг.2) было полечено: способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 1=24.3 дБ, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 01=1,7 дБ, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 1=22,6 дБ.

При подавлении помехи с направления второго бокового лепестка ДН (см. Фиг.3) было полечено: способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 2=31.68 дБ, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 02=0.32 дБ, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 2=31,36 дБ.

При подавлении помехи с направления пятого бокового лепестка ДН (см. Фиг.4) было полечено: способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 5=41.93 дБ, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 05=0.07 дБ, способ адаптивного подавления пространственных помех, патент № 2488928 5=41.86 дБ.

Полученные с помощью математического моделирования результаты показывают большую эффективность подавления помех при использовании патентуемого способа адаптивного подавления пространственных помех (выигрыш в соотношении сигнал/помеха при подавлении помехи составляет (22÷42) дБ при незначительном, на (0.07÷1,7)дБ, снижении уровня главного лепестка ДН.

Таким образом, патентуемый способ адаптивного подавления пространственных помех практически реализуем и обеспечивает объявленный технический результат -обеспечивает подавление помех при отсутствии априорной информации о направлениях их прихода без нарушения рабочего режима работы антенны; вносит при подавлении помех минимальные потери в главном направлении ДН; обеспечивает адаптацию процедуры подавления помех к изменению направления прихода помех; обеспечивает минимизацию реального времени, затрачиваемого на подавление помех, и автономную оценку направлений на источники помех.

Класс H01Q21/00 Антенные решетки и системы

гидролокационная фазированная антенная решетка с полимерным покрытием -  патент 2528142 (10.09.2014)
согласование шума в связанных антенных решетках -  патент 2525747 (20.08.2014)
многоканальное устройство радиомониторинга -  патент 2523913 (27.07.2014)
волновая антенная решетка -  патент 2522909 (20.07.2014)
отражающая решетка и антенна, содержащая такую отражающую решетку -  патент 2520370 (27.06.2014)
синфазная антенная решетка с круговой поляризацией -  патент 2517394 (27.05.2014)
способ цифрового формирования диаграммы направленности активной фазированной антенной решетки при излучении и приеме линейно-частотно-модулированного сигнала -  патент 2516683 (20.05.2014)
антенная система -  патент 2514143 (27.04.2014)
антенная система с изменяемыми режимами работы -  патент 2514101 (27.04.2014)
мультипольная антенна (варианты) -  патент 2514094 (27.04.2014)
Наверх