[go: up one dir, main page]

RU2366044C1 - Method of shaping adaptive antenna array directional pattern - Google Patents

Method of shaping adaptive antenna array directional pattern Download PDF

Info

Publication number
RU2366044C1
RU2366044C1 RU2008124226/09A RU2008124226A RU2366044C1 RU 2366044 C1 RU2366044 C1 RU 2366044C1 RU 2008124226/09 A RU2008124226/09 A RU 2008124226/09A RU 2008124226 A RU2008124226 A RU 2008124226A RU 2366044 C1 RU2366044 C1 RU 2366044C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna array
signals
pattern
radiation pattern
weights
Prior art date
Application number
RU2008124226/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Львович Бузов (RU)
Александр Львович Бузов
Мария Александровна Бузова (RU)
Мария Александровна Бузова
Лев Серафимович Казанский (RU)
Лев Серафимович Казанский
Вячеслав Викторович Юдин (RU)
Вячеслав Викторович Юдин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио" (ФГУП СОНИИР)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио" (ФГУП СОНИИР) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио" (ФГУП СОНИИР)
Priority to RU2008124226/09A priority Critical patent/RU2366044C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2366044C1 publication Critical patent/RU2366044C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: proposed method comprises converting analog RF-signals received by antenna array components into signals suitable for sampling, converting the said analog signals into digital form, setting preset directions of directional pattern lobes, preliminary computation of weight factors (WF) related to each preset lobe direction, storing preliminary computed data in data bank and using optimised WF data for constructing operating directional pattern. Proposed method additionally comprise computing reference directional pattern proceeding from pre-computed WF retrieved from data bank, norming aforesaid reference directional pattern for maxima, computing the pattern with the help of signals received by antenna array components, norming the pattern for maximum and computing the difference vector for aforesaid patterns. Note here that, in digital optimisation of WF, absolute magnitude of aforesaid difference vector is minimised.
EFFECT: suppression of interferences concentrated at pattern angles, including those comparable to useful signal level, without using pilot signals.
4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено, в частности, для формирования диаграммы направленности коротковолновой приемной адаптивной антенной решетки.The invention relates to radio engineering and is intended, in particular, for forming a radiation pattern of a short-wave receiving adaptive antenna array.

Известен способ ориентации адаптивной антенной решетки, включающий в себя установление заданного направления луча диаграммы направленности, вычисление весовых коэффициентов, связанных с заданным направлением луча, причем вычисление этих весовых коэффициентов не зависит от свойств принимаемых сигнала и помех, и использование вычисленных весовых коэффициентов для формирования диаграммы направленности [1].A known method of orienting an adaptive antenna array, which includes establishing a given direction of the beam pattern, calculating the weight coefficients associated with a given direction of the beam, and the calculation of these weights is independent of the properties of the received signal and interference, and using the calculated weights for forming the pattern [one].

Этот способ не требует использования пилот-сигнала, но он не обеспечивает подавления сосредоточенных по углам прихода помех, если эти помехи попадают в пределы основного или боковых лепестков диаграммы направленности. Адаптация по этому способу заключается только в изменении ориентации диаграммы направленности антенной решетки.This method does not require the use of a pilot signal, but it does not suppress interference concentrated at the arrival angles if these interference fall within the main or side lobes of the radiation pattern. Adaptation by this method consists only in changing the orientation of the antenna array.

Известен способ формирования диаграммы направленности адаптивной антенной решетки, включающий в себя преобразование принятых элементами решетки аналоговых радиочастотных сигналов в форму, удобную для дискретизации, преобразование этих аналоговых сигналов в цифровую форму, численную оптимизацию весовых коэффициентов и использование оптимизированных весовых коэффициентов для формирования рабочей диаграммы направленности [2, 3].There is a method of forming a radiation pattern of an adaptive antenna array, which includes converting the received radio frequency elements of the analog RF signals into a form convenient for sampling, converting these analog signals to a digital form, numerically optimizing the weight coefficients and using optimized weight coefficients to form a working radiation pattern [2 , 3].

Описанные в [2, 3] способы позволяют подавлять сосредоточенные по углам прихода помехи, но для этого они требуют наличия пилот-сигнала.The methods described in [2, 3] make it possible to suppress interference concentrated at the arrival angles, but for this they require a pilot signal.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ, описанный в [4]. Этот способ формирования диаграммы направленности адаптивной антенной решетки включает в себя преобразование принятых элементами решетки аналоговых радиочастотных сигналов в форму, удобную для дискретизации, преобразование этих аналоговых сигналов в цифровую форму, установление заданных направлений лучей диаграммы направленности, предварительное вычисление весовых коэффициентов, связанных с каждым заданным направлением луча, причем предварительное вычисление этих весовых коэффициентов не зависит от свойств принимаемых сигнала и помех, хранение предварительно вычисленных весовых коэффициентов в банке данных, численную оптимизацию весовых коэффициентов (которая в данном случае осуществляется перебором комплектов весовых коэффициентов) и использование оптимизированных весовых коэффициентов для формирования рабочей диаграммы направленности.Closest to the invention in terms of essential features is the method described in [4]. This method of forming the radiation pattern of an adaptive antenna array includes converting the received radio frequency elements of the analog RF signals into a form convenient for sampling, converting these analog signals to a digital form, setting the given directions of the radiation patterns, preliminary calculation of the weight coefficients associated with each given direction beam, and preliminary calculation of these weights is independent of the properties of the received signal and interference, storing pre-calculated weight coefficients in the data bank, numerical optimization of weight coefficients (which in this case is carried out by enumeration of sets of weight coefficients) and the use of optimized weight coefficients to form a working radiation pattern.

В [4] сообщается, что в процессе численной оптимизации весовых коэффициентов может достигаться либо максимальное отношение сигнал-помеха, либо максимум принимаемой мощности сигнала совместно с помехой. В первом случае необходим пилот-сигнал, под которым может пониматься любая информация, передаваемая наряду с полезным сигналом, делающая возможным отличить его от помехи: как-то группа бит в кодовой последовательности, поднесущая и т.п. Использование пилот-сигнала для адаптации нежелательно: его надо организовать, не у каждого из возможных корреспондентов он имеется, на него затрачивается энергия и т.д. Во втором случае имеется возможность потерять связь с корреспондентом из-за наличия сосредоточенной помехи, превышающей по уровню полезный сигнал: в этом случае диаграмма направленности антенной решетки настроится на направление помехи [5].In [4], it was reported that in the process of numerical optimization of the weight coefficients, either the maximum signal-to-noise ratio or the maximum of the received signal power together with the interference can be achieved. In the first case, a pilot signal is needed, which can be understood as any information transmitted along with a useful signal, making it possible to distinguish it from interference: somehow a group of bits in a code sequence, a subcarrier, etc. Using a pilot signal for adaptation is undesirable: it needs to be organized, not every possible correspondent has it, it takes energy, etc. In the second case, it is possible to lose contact with the correspondent due to the presence of concentrated interference that exceeds the level of the useful signal: in this case, the radiation pattern of the antenna array is tuned to the direction of the interference [5].

Задачей изобретения является создание способа формирования диаграммы направленности адаптивной антенной решетки, позволяющего получить подавление сосредоточенных по углам прихода помех, в том числе сравнимых по уровню с полезным сигналом и превосходящих его, без использования пилот-сигнала.The objective of the invention is to provide a method of forming a radiation pattern of an adaptive antenna array, which allows to suppress noise concentrated at the arrival angles, including those comparable in level with a useful signal and exceeding it, without using a pilot signal.

Этот технический результат достигается тем, что в известный способ формирования диаграммы направленности адаптивной антенной решетки, включающий в себя преобразование принятых элементами решетки аналоговых радиочастотных сигналов в форму, удобную для дискретизации, преобразование этих аналоговых сигналов в цифровую форму, установление заданных направлений лучей диаграммы направленности, предварительное вычисление весовых коэффициентов, связанных с каждым заданным направлением луча, причем предварительное вычисление этих весовых коэффициентов не зависит от свойств принимаемых сигнала и помех, хранение предварительно вычисленных весовых коэффициентов в банке данных, численную оптимизацию весовых коэффициентов и использование оптимизированных весовых коэффициентов для формирования рабочей диаграммы направленности, дополнительно введены операции вычисления эталонной диаграммы направленности по предварительно вычисленным весовым коэффициентам, взятым из банка данных, нормирования эталонной диаграммы направленности на максимум, вычисления диаграммы направленности по сигналам, принятым элементами антенной решетки, нормирования ее на максимум, вычисления вектора разности этих диаграмм направленности, причем в процессе численной оптимизации весовых коэффициентов минимизируется абсолютная величина упомянутого вектора разности диаграмм направленности.This technical result is achieved by the fact that in a known method of forming a radiation pattern of an adaptive antenna array, which includes converting the received radio frequency elements of the analog radio frequency signals into a form convenient for sampling, converting these analog signals into digital form, establishing predetermined directions of the radiation patterns, preliminary calculation of weighting factors associated with each given direction of the beam, and preliminary calculation of these weights of the coefficients does not depend on the properties of the received signal and interference, storing pre-calculated weighting coefficients in the data bank, numerical optimization of weighting coefficients and using optimized weighting coefficients to generate a working radiation pattern; additional operations are introduced for calculating the reference radiation pattern from previously calculated weighting coefficients taken from the bank data, normalization of the reference radiation pattern to the maximum, calculation of the pattern vlennosti of signals received by the antenna array elements, its valuation to maximum difference vector calculating directivity patterns of these, and in the process of numerical optimization weighting coefficients minimizing the absolute value of said vector difference patterns.

Возможность достижения названного выше технического результата при использовании заявляемого способа установлена в ходе выполнения серии численных экспериментов.The ability to achieve the above technical result when using the proposed method was established during a series of numerical experiments.

На фиг.1 приведена блок-схема адаптивной антенной решетки, поясняющая заявляемый способ.Figure 1 shows a block diagram of an adaptive antenna array, explaining the inventive method.

На фиг.2 показаны исходные диаграммы направленности (до оптимизации), построенные по значениям токов в элементах антенной решетки, наведенным сигналом и помехой.Figure 2 shows the original radiation patterns (before optimization), built on the values of the currents in the elements of the antenna array, induced signal and noise.

На фиг.3 показаны диаграммы направленности после оптимизации, построенные по значениям токов в элементах антенной решетки, наведенным сигналом и помехой.Figure 3 shows the radiation patterns after optimization, built on the values of the currents in the elements of the antenna array, induced signal and interference.

На фиг.4 показаны рабочие диаграммы направленности адаптивной антенной решетки. На каждой из фигур 2-4 показаны также эталонные диаграммы направленности.Figure 4 shows the operational radiation patterns of an adaptive antenna array. Reference patterns are also shown in each of Figures 2-4.

Предлагаемый способ поясняется блок-схемой адаптивной антенной решетки, представленной на фигуре 1, где обозначено: 1 - элементы антенной решетки, 2 - преобразователи сигнала в форму, удобную для дискретизации, 3 - аналого-цифровые преобразователи (АЦП), 4 - управляющий компьютер, 5 - процессор управляющего компьютера 4, 6 - банк данных (участок памяти управляющего компьютера 4, выделенный для хранения информации о весовых коэффициентах), 7 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Сигналы, принятые элементами 1 адаптивной антенной решетки, поступают в блоки 2, где производятся преобразование частоты, фильтрация помех, частоты которых находятся вне полосы частот сигнала, и демодуляция. Далее в АЦП (блоки 3) производится преобразование сигналов в цифровую форму, после чего они поступают в управляющий компьютер 4, в процессоре 5 которого происходит обработка сигналов, для которой используют предварительно вычисленные для заданных направления и частоты комплексные весовые коэффициенты, хранящиеся в банке данных (блок 6). В процессе обработки оптимизируют весовые коэффициенты для получения минимальной разницы между эталонной и рабочей нормированными диаграммами направленности. Затем в процессоре 5 амплитуды сигналов от элементов решетки умножают на амплитуды соответствующих им оптимизированных весовых коэффициентов, а их фазы складывают с фазами соответствующих весовых коэффициентов, т.е. производят умножение комплексных сигналов от элементов решетки на соответствующие им комплексные весовые коэффициенты. После этого производят суммирование полученных величин, а суммарный сигнал преобразуют в аналоговую форму в ЦАП (блок 7).The proposed method is illustrated by the block diagram of the adaptive antenna array shown in figure 1, where it is indicated: 1 - elements of the antenna array, 2 - signal converters in a form convenient for sampling, 3 - analog-to-digital converters (ADC), 4 - control computer, 5 - the processor of the control computer 4, 6 - data bank (a portion of the memory of the control computer 4 allocated for storing information about weight coefficients), 7 - digital-to-analog converter (DAC). The signals received by elements 1 of the adaptive antenna array enter blocks 2, where frequency conversion, noise filtering, the frequencies of which are outside the signal frequency band, and demodulation are performed. Next, in the ADC (blocks 3), the signals are converted to digital form, after which they are sent to the control computer 4, in the processor 5 of which the signals are processed, for which the complex weight coefficients previously calculated for the given direction and frequency are stored in the data bank ( block 6). During processing, weights are optimized to obtain the minimum difference between the reference and the working normalized radiation patterns. Then, in the processor 5, the amplitudes of the signals from the lattice elements are multiplied by the amplitudes of the corresponding optimized weight coefficients, and their phases are added to the phases of the corresponding weight coefficients, i.e. multiply the complex signals from the lattice elements by the corresponding complex weights. After this, a summation of the obtained values is performed, and the total signal is converted into an analog form in the DAC (block 7).

Оптимизацию весовых коэффициентов производят следующим образом. Рассчитывают эталонную диаграмму направленности в предположении, что сигналы в элементах решетки соответствуют падению на них плоской волны с заданного направления и заданной частоты, используя набор весовых коэффициентов из банка данных для этих же направления и частоты. Нормируют эту диаграмму направленности на максимум в соответствии с выражением:The optimization of weights is as follows. A reference radiation pattern is calculated under the assumption that the signals in the grating elements correspond to the incidence of a plane wave on them from a given direction and a given frequency using a set of weighting factors from a data bank for the same direction and frequency. Normalize this radiation pattern to a maximum in accordance with the expression:

Figure 00000001
Figure 00000001

где F(θ, φ) - нормированная диаграмма направленности для полярного угла θ и азимута φ;where F (θ, φ) is the normalized radiation pattern for the polar angle θ and azimuth φ;

Fmax - максимальное значение диаграммы направленности;F max - the maximum value of the radiation pattern;

n - число элементов антенной решетки;n is the number of elements of the antenna array;

Fi(θ, φ) - диаграмма направленности i-го элемента;F i (θ, φ) - radiation pattern of the i-th element;

Figure 00000002
- весовой коэффициент, соответствующий i-му элементу;
Figure 00000002
- weight coefficient corresponding to the i-th element;

Figure 00000003
- амплитуда сигнала на i-м элементе;
Figure 00000003
- the amplitude of the signal on the i-th element;

k - волновое число, k=2π/λ, где λ - длина волны;k is the wave number, k = 2π / λ, where λ is the wavelength;

Figure 00000004
- радиус-вектор i-го элемента с координатами x, y, z;
Figure 00000004
- radius vector of the i-th element with coordinates x, y, z;

Figure 00000005
- орт в направлении θ, φ;
Figure 00000005
- unit vector in the direction θ, φ;

Figure 00000006
- коэффициент отражения Френеля для параметров почвы в месте расположения антенной решетки.
Figure 00000006
- Fresnel reflection coefficient for soil parameters at the location of the antenna array.

Комплексные величины обозначены точкой.Complex quantities are indicated by a dot.

Берут отсчет сигналов (преобразованных в цифровую форму) от элементов решетки, усредненных по времени для устранения влияния быстрых замираний и модуляции сигнала и помех. Рассчитывают диаграмму направленности по упомянутым отсчетам сигналов и текущему значению весовых коэффициентов. Нормируют ее на максимум. Варьируя текущие значения весовых коэффициентов, уменьшают абсолютную величину вектора разности эталонной и текущей диаграмм направленности. При достижении требуемой величины вектора разности диаграмм направленности процесс оптимизации останавливают, соответствующее ему значение текущей диаграммы направленности считают рабочей диаграммой направленности, а соответствующий набор весовых коэффициентов - рабочим и его используют для обработки полезного сигнала. Процесс оптимизации повторяют через заданный интервал времени или при нарушении характеристик качества канала. В качестве исходных значений для оптимизации берут значения весовых коэффициентов эталонной диаграммы направленности.Take a count of signals (digitized) from the lattice elements averaged over time to eliminate the effects of fast fading and modulation of the signal and interference. The radiation pattern is calculated from the mentioned samples of signals and the current value of the weight coefficients. Normalize it to the maximum. By varying the current values of the weight coefficients, the absolute value of the difference vector of the difference of the reference and current radiation patterns is reduced. When the desired magnitude of the vector of the difference of the radiation patterns is reached, the optimization process is stopped, the corresponding value of the current radiation pattern is considered a working radiation pattern, and the corresponding set of weighting factors is considered to be a working radiation pattern and it is used to process a useful signal. The optimization process is repeated at a given time interval or in case of violation of the channel quality characteristics. As initial values for optimization, we take the values of the weight coefficients of the reference radiation pattern.

В конкретном примере заявляемого способа оптимизацию весовых коэффициентов выполняют с помощью подпрограммы оптимизации UNLSF из пакета научных подпрограмм IMSL, поставляемых в комплекте современного транслятора с фортрана [6]. Подпрограмма IMSL решает нелинейную задачу наименьших квадратов с использованием модифицированного алгоритма Левенберга-Маркварта и конечно-разностного якобиана. В качестве целевой функции используют m-мерный вектор, составленный из модулей разностей нормированных диаграмм направленности - эталонной и вычисляемой по сигналам, принятым элементами антенной решетки, для каждой из m точек диаграмм направленности.In a specific example of the proposed method, weighting coefficients are optimized using the UNLSF optimization routine from the IMSL package of scientific routines that are supplied with the modern Fortran translator [6]. The IMSL subroutine solves the nonlinear least squares problem using the modified Levenberg-Marquard algorithm and the finite-difference Jacobian. As an objective function, an m-dimensional vector is used, made up of the difference modules of the normalized radiation patterns — the reference one and calculated from the signals received by the antenna array elements for each of the m radiation pattern points.

В банке данных хранят наборы весовых коэффициентов, предварительно вычисленных для всех частот и направлений, предусмотренных волновым расписанием радиостанции. В процессе предварительного расчета весовые коэффициенты также могут быть оптимизированы для увеличения коэффициента направленного действия (сужения диаграмм направленности за счет использования сверхнаправленности) и для компенсации погрешностей, вызванных неточностями изготовления и монтажа антенной решетки, влияние которых при использовании сверхнаправленности может быть существенным.The data bank stores sets of weighting coefficients previously calculated for all frequencies and directions provided by the wave schedule of the radio station. In the preliminary calculation process, the weight coefficients can also be optimized to increase the coefficient of directional action (narrowing radiation patterns due to the use of superdirectionality) and to compensate for errors caused by inaccuracies in the manufacture and installation of the antenna array, the influence of which can be significant when using superdirectionality.

Возможность подавления сосредоточенных по углам прихода помех с уровнем, сравнимым с уровнем полезного сигнала и превосходящим его, без использования пилот-сигнала при минимизации разности между эталонной и рабочей диаграммами направленности выявлена и подтверждена в ходе выполнения серии численных экспериментов. На фигурах 2-4 представлены диаграммы направленности, построенные для антенной решетки в виде кругового кольца радиусом 8 м, образованным шестью элементами, работающей на частоте 3 МГц. Элементы решетки - симметричные вертикальные вибраторы длиной 2 м с высотой подвеса центра вибратора над землей 3 м. Параметры земли: относительная диэлектрическая проницаемость 10, удельная проводимость 0,01 С/м. Заданное направление: азимут нулевой, полярный угол θ=70°. На всех трех фигурах азимутальная диаграмма направленности соответствует полярному углу θ=70°, диаграмма направленности в вертикальной плоскости - нулевому азимуту φ=0. Кривые 3 и 4 на всех трех фигурах - эталонные диаграммы направленности: 3 - азимутальная, 4 - в вертикальной плоскости. Часть эталонной диаграммы направленности в вертикальной плоскости, соответствующая θ>90°, показана как зеркальное отражение. Эталонные диаграммы направленности оптимизированы в процессе предварительного вычисления весовых коэффициентов с целью повышения коэффициента направленного действия за счет сверхнаправленности. На фиг.2 кривые 1 (азимутальная диаграмма направленности) и 2 (диаграмма направленности в вертикальной плоскости) построены для двух сигналов равных амплитуд и фаз, приходящих с заданного направления φ=0, θ=70° и с направления θ=70°, φ=50°, которое считается направлением прихода помехи, до адаптации (т.е. до оптимизации, направленной на уменьшение вектора разности текущих и эталонных диаграмм направленности). На фиг.3 те же кривые 1 и 2 изображают диаграммы направленности, рассчитанные таким же образом, т.е. по сигналам, полученным от двух источников, после адаптации. Видно, что азимутальная диаграмма направленности существенно приблизилась к эталонной. На фиг.4 показаны диаграммы направленности, рассчитанные, как и на фиг.3, по оптимизированным весовым коэффициентам, но по сигналам только от одного источника, работающего с заданного направления; таким образом, это и есть истинные диаграммы направленности: именно такие получились бы при движении источника сигнала вокруг антенны - так, как измеряют диаграмму направленности приемных коротковолновых антенн, облетом. Действительно, при падении плоской волны с заданного направления на элементах решетки наведутся соответствующие сигналы. Далее эти сигналы умножаются на весовые коэффициенты и суммируются. Если обратить направление хода сигналов, то получим следующее. Сигналы от передатчика разделяются на n частей, умножаются на весовые коэффициенты и поступают в элементы антенны, где и излучаются. На основании принципа взаимности это будет такая же диаграмма направленности, что и в приемном варианте. На азимутальной диаграмме направленности имеется глубокий провал в направлении, близком к φ=50°, т.е. помеха существенно подавлена (точное значение подавления 21,36 дБ относительно сигнала с заданного направления; сигнал в заданном направлении составляет 0,8888 от максимума, поскольку максимум несколько сдвинулся). Сигнал и помеха не отличались друг от друга ни по частоте, ни по уровню, ни по фазе, ни по какому-нибудь другому признаку, который можно было бы посчитать за наличие пилот-сигнала.The possibility of suppressing interference concentrated at the arrival angles with a level comparable to and exceeding the level of the useful signal without using a pilot signal while minimizing the difference between the reference and working radiation patterns was identified and confirmed during a series of numerical experiments. In figures 2-4 presents the radiation patterns constructed for the antenna array in the form of a circular ring with a radius of 8 m, formed by six elements operating at a frequency of 3 MHz. The lattice elements are symmetrical vertical vibrators 2 m long with a suspension height of the center of the vibrator above the ground 3 m. Earth parameters: relative dielectric constant 10, specific conductivity 0.01 C / m. Preset direction: zero azimuth, polar angle θ = 70 °. In all three figures, the azimuthal radiation pattern corresponds to the polar angle θ = 70 °, the radiation pattern in the vertical plane corresponds to the zero azimuth φ = 0. Curves 3 and 4 in all three figures are reference radiation patterns: 3 - azimuthal, 4 - in the vertical plane. The part of the reference vertical radiation pattern corresponding to θ> 90 ° is shown as specular reflection. Reference radiation patterns are optimized during the preliminary calculation of weighting coefficients in order to increase the directivity coefficient due to overdirectionality. In Fig. 2, curves 1 (azimuthal radiation pattern) and 2 (radiation pattern in the vertical plane) are plotted for two signals of equal amplitudes and phases coming from a given direction φ = 0, θ = 70 ° and from the direction θ = 70 °, φ = 50 °, which is considered the direction of arrival of the interference, before adaptation (i.e., before optimization, aimed at reducing the difference vector of the current and reference radiation patterns). In Fig. 3, the same curves 1 and 2 depict radiation patterns calculated in the same way, i.e. according to the signals received from two sources, after adaptation. It can be seen that the azimuthal radiation pattern substantially approached the reference one. Figure 4 shows the radiation patterns, calculated, as in figure 3, by optimized weighting coefficients, but by signals from only one source working from a given direction; thus, these are true directivity patterns: these would be exactly what would happen if the signal source moves around the antenna - just as the directivity pattern of receiving short-wave antennas is measured by flying around. Indeed, when a plane wave is incident from a given direction, the corresponding signals will be induced on the lattice elements. Further, these signals are multiplied by weights and summed. If you reverse the direction of the signal, we get the following. The signals from the transmitter are divided into n parts, multiplied by weights and fed to the antenna elements, where they are emitted. Based on the principle of reciprocity, this will be the same radiation pattern as in the receiving version. The azimuthal radiation pattern has a deep dip in the direction close to φ = 50 °, i.e. the interference is significantly suppressed (the exact value of the suppression is 21.36 dB relative to the signal from a given direction; the signal in a given direction is 0.8888 from the maximum, since the maximum has shifted somewhat). The signal and the interference did not differ from each other either in frequency, or in level, or in phase, or in any other characteristic that could be counted as the presence of a pilot signal.

Адаптация по эталонной диаграмме направленности занимает больше времени, чем по пилот-сигналу, однако для коротковолнового диапазона это, как правило, не существенно, т.к. помеховая обстановка в этом диапазоне обычно изменяется медленно.Adaptation using the reference radiation pattern takes longer than with the pilot signal, but for the short-wave range this, as a rule, is not significant, because interference in this range usually changes slowly.

Использованные источникиUsed sources

1. Патент РФ №2216829, МПК7 H01Q 3/26.1. RF patent No. 2216829, IPC 7 H01Q 3/26.

2. Патент РФ №2232485, МПК7 H04Q 7/30.2. RF patent No. 2232485, IPC 7 H04Q 7/30.

3. Патент РФ №2287880, МПК H01Q 21/29 (2006.01), H01Q 3/26 (2006.01).3. RF patent No. 2287880, IPC H01Q 21/29 (2006.01), H01Q 3/26 (2006.01).

4. Патент США №7312750, МПК H01Q 3/22 (2006.01), H01Q 3/26 (2006.01).4. US patent No. 7312750, IPC H01Q 3/22 (2006.01), H01Q 3/26 (2006.01).

5. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И.Воскресенского и А.И.Канащенкова. - М.: Радиотехника, 2004. - 488 с.5. Active phased antenna arrays / Ed. D.I. Voskresensky and A.I. Kanaschenkov. - M.: Radio Engineering, 2004 .-- 488 p.

6. Бартеньев О.В. ФОРТРАН ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛОВ. Математическая библиотека IMSL: Ч.2. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2001. - 320 с.6. Bartenev OV FORTRAN FOR PROFESSIONALS. IMSL Mathematical Library: Part 2. - M .: DIALOGUE-MEPhI, 2001 .-- 320 p.

Claims (1)

Способ формирования диаграммы направленности адаптивной антенной решетки, включающий в себя преобразование принятых элементами решетки аналоговых радиочастотных сигналов в форму, удобную для дискретизации, преобразование этих аналоговых сигналов в цифровую форму, установление заданных направлений лучей диаграммы направленности, предварительное вычисление весовых коэффициентов, связанных с каждым заданным направлением луча, причем предварительное вычисление этих весовых коэффициентов не зависит от свойств принимаемых сигнала и помех, хранение предварительно вычисленных весовых коэффициентов в банке данных, численную оптимизацию весовых коэффициентов, использование оптимизированных весовых коэффициентов для формирования рабочей диаграммы направленности, отличающийся тем, что по предварительно вычисленным весовым коэффициентам, взятым из банка данных, вычисляют эталонную диаграмму направленности, нормируют ее на максимум, вычисляют диаграмму направленности по сигналам, принятым элементами антенной решетки, нормируют ее на максимум, вычисляют вектор разности этих диаграмм направленности, а в процессе численной оптимизации весовых коэффициентов минимизируют абсолютную величину упомянутого вектора разности диаграмм направленности. A method of forming a radiation pattern of an adaptive antenna array, which includes converting the received radio frequency elements of the analog RF signals into a form convenient for sampling, converting these analog signals to a digital form, setting the given directions of the radiation patterns, preliminary calculation of the weight coefficients associated with each given direction beam, and preliminary calculation of these weights is independent of the properties of the received signal and omech, storing pre-computed weights in the data bank, numerical optimization of weights, using optimized weights to form a working radiation pattern, characterized in that the pre-calculated weights taken from the data bank calculate the reference radiation pattern, normalize it to the maximum , calculate the radiation pattern according to the signals received by the elements of the antenna array, normalize it to the maximum, calculate the vector differently These radiation patterns, and in the process of numerical optimization of weighting coefficients, minimize the absolute value of the aforementioned vector of the difference of radiation patterns.
RU2008124226/09A 2008-06-16 2008-06-16 Method of shaping adaptive antenna array directional pattern RU2366044C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008124226/09A RU2366044C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Method of shaping adaptive antenna array directional pattern

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008124226/09A RU2366044C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Method of shaping adaptive antenna array directional pattern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2366044C1 true RU2366044C1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41150032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008124226/09A RU2366044C1 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Method of shaping adaptive antenna array directional pattern

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2366044C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2567120C1 (en) * 2014-07-16 2015-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array
RU2626561C1 (en) * 2016-04-13 2017-07-28 Общество с ограниченной ответственностью "ЧКТБ" Method of antenna directivity measurement with uav by test flight method
CN110870217A (en) * 2017-04-28 2020-03-06 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Mirror component estimation in wireless communication networks

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6108565A (en) * 1997-09-15 2000-08-22 Adaptive Telecom, Inc. Practical space-time radio method for CDMA communication capacity enhancement
US6122260A (en) * 1996-12-16 2000-09-19 Civil Telecommunications, Inc. Smart antenna CDMA wireless communication system
US7312750B2 (en) * 2004-03-19 2007-12-25 Comware, Inc. Adaptive beam-forming system using hierarchical weight banks for antenna array in wireless communication system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6122260A (en) * 1996-12-16 2000-09-19 Civil Telecommunications, Inc. Smart antenna CDMA wireless communication system
US6108565A (en) * 1997-09-15 2000-08-22 Adaptive Telecom, Inc. Practical space-time radio method for CDMA communication capacity enhancement
US7312750B2 (en) * 2004-03-19 2007-12-25 Comware, Inc. Adaptive beam-forming system using hierarchical weight banks for antenna array in wireless communication system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2567120C1 (en) * 2014-07-16 2015-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Method of forming compensation beam pattern in flat electronically controlled-beam antenna array
RU2626561C1 (en) * 2016-04-13 2017-07-28 Общество с ограниченной ответственностью "ЧКТБ" Method of antenna directivity measurement with uav by test flight method
CN110870217A (en) * 2017-04-28 2020-03-06 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 Mirror component estimation in wireless communication networks
CN110870217B (en) * 2017-04-28 2023-06-13 皇家飞利浦有限公司 Specular Component Estimation in Wireless Communication Networks
US12184386B2 (en) 2017-04-28 2024-12-31 Koninklijke Philips N.V. Specular component estimation in a wireless communication network

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7312750B2 (en) Adaptive beam-forming system using hierarchical weight banks for antenna array in wireless communication system
CN108462521B (en) Anti-interference realization method of self-adaptive array antenna
US6823174B1 (en) Digital modular adaptive antenna and method
CN108051782B (en) Large-scale phased array difference beam forming system based on subarray division
CN109787671B (en) Hybrid beam forming device and method
CN111859644B (en) Method for forming receiving wave beam and scanning azimuth of circular phased array antenna
CN1256803A (en) Antenna beam patterns having wide nulls
JP2005197772A (en) Adaptive array antenna device
CN114640381A (en) Method and system for calculating reflection coefficient of intelligent super surface
CN113540791B (en) An Aperture Level Transceiver Simultaneous Array Optimization Method
CN112532308B (en) Anti-interference zero-setting system
US7068219B2 (en) Communications system including phased array antenna providing nulling and related methods
US20050088338A1 (en) Digital modular adaptive antenna and method
RU2366044C1 (en) Method of shaping adaptive antenna array directional pattern
KR20020079528A (en) Null direction control method for array antenna
JP2004336390A (en) Adaptive array and positioning device
JP3559218B2 (en) Base station antenna for mobile communication
ZAKI et al. Implementation of adaptive antenna array for ground station tracking system
RU2395141C1 (en) Formation method of directivity diagram in antenna system with electronic control of beam
CN100369493C (en) Linear conversion method for receiving and transmitting right values of array antenna
Ram et al. Craziness particle swarm optimization based hyper beamforming of linear antenna arrays
Abdulrahman et al. Modifying MVDR beamformer for reducing direction-of-arrival estimation mismatch
RU54262U1 (en) SPACE SUPPRESSION DEVICE
Baig et al. Improved receiver architecture for digital beamforming systems
Naji et al. Using of Deep Learning in Beamforming Antenna Array

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20101110

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200617