RU2368044C1

RU2368044C1 - Method for coherent compensation of noises in reception of electromagnet wave by antenna array with tapered amplitude

Info

Publication number: RU2368044C1
Application number: RU2008118941/09A
Authority: RU
Inventors: Виталий Николаевич Колесников (RU); Виталий Николаевич Колесников; Сергей Евгеньевич Мищенко (RU); Сергей Евгеньевич Мищенко; Виталий Валентинович Шацкий (RU); Виталий Валентинович Шацкий; Владимир Николаевич Вернигора (RU); Владимир Николаевич Вернигора; Александр Тимофеевич Зелененко (RU); Александр Тимофеевич Зелененко; Александр Григорьевич Стуров (RU); Александр Григорьевич Стуров
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2009-09-20

Abstract

FIELD: physics, communication.

SUBSTANCE: invention is related to antenna engineering and may be used in radio engineering communication systems in reception of electromagnet wave by antenna array with tapered amplitude under action of noises. Method consists in reception of electromagnet wave and transformation of signals and noises at outputs of M radiators of antenna array comprising two subarrays with number of radiators M₁ and M₂, where M₁+ M₂=M. Signal at the outputs of each radiator is divided in two. Signals from the first outputs are summed with weight coefficients that correspond to selected tapered amplitude, creating signal of the main channel of antenna array. Signals from the second outputs are summed as signals of subarrays, creating two compensation signals, compensation signals are summed with weight coefficients, which provide for exclusion of signal component in compensation signal, and close time dependencies of noise component in the main and compensation signals, creating signal of compensation channel.

EFFECT: higher ratio signal/noise in reception due to coherent compensation of noises in wide sector of angles.

5 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах связи при приеме электромагнитных волн многоканальной антенной системой в условиях воздействия нескольких помех, направления приема которых неизвестны.The invention relates to antenna technology and can be used in radio communication systems when receiving electromagnetic waves with a multi-channel antenna system under the influence of several interference, the directions of reception of which are unknown.

Известны способы активной борьбы с помехами, в частности способы череспериодной компенсации помех. В подобном способе [1, с.234] для приема сигнала и помехи используется одна антенна и один радиоприемник. Способ позволяет осуществить компенсацию помехи, которая представляет собой периодически следующие не перекрывающиеся между собой импульсы. Обязательным условием при этом является то, что сигнал и помеха представляют собой импульсы с периодом следования T, возникающие на этом интервале в разное время. Способ основан на том, что принятую при отсутствии сигнала последовательность импульсов помехи задерживают на время, кратное T, и затем вычитают из смеси сигнала и помехи. К недостаткам этого способа относится то, что для его использования необходимо знать временную структуру сигнала и помехи, а уровни сигнала и помехи должны оставаться постоянными.Known methods for actively dealing with interference, in particular methods for periodically compensating for interference. In a similar method [1, p.234], one antenna and one radio receiver are used to receive signal and interference. The method allows for the compensation of interference, which is periodically following non-overlapping pulses. A prerequisite for this is that the signal and interference are pulses with a repetition period T that occur at different times at this interval. The method is based on the fact that the sequence of interference pulses received in the absence of a signal is delayed by a time multiple of T, and then subtracted from the mixture of signal and interference. The disadvantages of this method include the fact that for its use it is necessary to know the temporal structure of the signal and interference, and the signal levels and interference must remain constant.

Известны способы компенсации помех путем их декорреляции [1, с.136, 2, 3], в которых на выходе приемника формируют несколько линейно независимых напряжений:Known methods for compensating for interference by decorrelation [1, p.136, 2, 3], in which several linearly independent voltages are formed at the output of the receiver:

u_i(t)=u_ci(t)+u_ni(t); i=1, 2, …N,u _i (t) = u _ci (t) + u _ni (t); i = 1, 2, ... N,

где u_ci(t) - составляющие сигнала на выходе основного приемника, связанные между собой; u_ni(t) - составляющие помехи на выходе основного приемника; число N может принимать различные значения, так, в [1, с.136] N=3, а в [4]-N=10.where u _ci (t) are the components of the signal at the output of the main receiver, interconnected; u _ni (t) - component interference at the output of the main receiver; the number N can take different values, for example, in [1, p.136] N = 3, and in [4] -N = 10.

Затем преобразуют напряжения u_i(t) таким образом, чтобы, исключив из них составляющие сигнала u_ci(t), определить неизвестные составляющие помехи u_ni(t) для их последующей компенсации. Недостатком этого способа является необходимость формирования линейно независимых напряжений u_i(t).Then, the voltages u _i (t) are converted in such a way that, eliminating the signal components u _ci (t) from them, to determine the unknown components of the interference u _ni (t) for their subsequent compensation. The disadvantage of this method is the need for the formation of linearly independent voltages u _i (t).

Известен способ амплитудной компенсации помех [1, с.214], в котором требуется использование основного и компенсационного приемников, причем на вход компенсационного приемника поступают только помехи с направлений, соответствующих боковым лепесткам диаграммы направленности основной антенны. Для основного приемника используется остронаправленная антенна, а для компенсационного приемника - слабонаправленная антенна. Сущность способа компенсации помех состоит в том, что теми или иными средствами обеспечивают формирование помеховых сигналов, имеющих одинаковые длительности и огибающие и появляющихся одновременно на выходах детекторов в основном и компенсационном приемниках, а затем производят вычитание сигналов основного и компенсационного приемников. Недостатками данного способа является то, что для полной компенсации помех необходимо совпадение диаграмм направленности основной и компенсационной антенн в области боковых лепестков и отсутствие нелинейных искажений сигнала после детектирования.There is a method of amplitude interference compensation [1, p.214], which requires the use of the main and compensation receivers, and the input of the compensation receiver receives only interference from directions corresponding to the side lobes of the radiation pattern of the main antenna. A highly directional antenna is used for the main receiver, and a weakly directional antenna is used for the compensation receiver. The essence of the method of interference compensation is that by one means or another they provide the formation of interference signals having the same duration and envelope and appearing simultaneously at the outputs of the detectors in the main and compensation receivers, and then subtract the signals of the main and compensation receivers. The disadvantages of this method is that for the full compensation of interference, the coincidence of the radiation patterns of the main and compensation antennas in the region of the side lobes and the absence of non-linear distortion of the signal after detection are necessary.

Известен способ компенсационного подавления помех в двухканальной антенной системе, предложенный в [3, с.344]. Он состоит в том, что осуществляют прием падающей электромагнитной волны основной остронаправленной антенной и компенсационной слабонаправленной антенной. Затем преобразуют амплитуды и фазы сигналов, принятых основной и компенсационной антеннами, таким образом, чтобы при отсутствии сигнала составляющие помехи имели равные амплитуды и фазы, после чего вычитают преобразованный сигнал компенсационной антенны из преобразованного сигнала основной антенны, формируя выходной сигнал двухканальной антенной системы. Недостатком известного способа является то, что он позволяет осуществлять компенсацию только одной помехи, направление приема которой известно. Кроме того, в результате работы двухканальной антенной системы может понижаться уровень сигнала, вследствие того, что сигнал принимает не только основная, но и компенсационная антенна.A known method of compensatory interference suppression in a two-channel antenna system, proposed in [3, p. 344]. It consists in the fact that they carry out the incident electromagnetic wave of the main pointed antenna and compensating weakly directed antenna. The amplitudes and phases of the signals received by the main and compensation antennas are then converted, so that in the absence of a signal, the interference components have equal amplitudes and phases, after which the converted signal of the compensation antenna is subtracted from the converted signal of the main antenna, forming the output signal of the two-channel antenna system. The disadvantage of this method is that it allows the compensation of only one interference, the direction of reception of which is known. In addition, as a result of the operation of the two-channel antenna system, the signal level may decrease, due to the fact that the signal is received not only by the main antenna, but also by the compensation antenna.

Известен способ подавления помех в области боковых лепестков в антенных решетках со спадающим амплитудным распределением [4, с.36]. Чем выше скорость спадания амплитудного распределения к краям раскрыва, тем ниже уровень боковых лепестков антенны и больше ослабление помех. Однако использование спадающего амплитудного распределения приводит к снижению энергетики антенны, что ограничивает возможности данного способа.A known method of suppressing interference in the region of side lobes in antenna arrays with a decreasing amplitude distribution [4, p. 36]. The higher the decay rate of the amplitude distribution to the edges of the aperture, the lower the level of the side lobes of the antenna and the greater the attenuation of interference. However, the use of a decreasing amplitude distribution leads to a decrease in the antenna energy, which limits the possibilities of this method.

Более близким по технической сущности к заявляемому способу является способ когерентной компенсации помех, предложенный в [1, с.220]. Он состоит в том, что теми или иными средствами на выходах усилителей высокой или промежуточной частоты формируют противоположные по фазе помеховые сигналы основного и компенсационного приемников, напряжения основного и компенсационного приемников с учетов весовых коэффициентов суммируют, при этом осуществляют когерентную компенсацию помех, действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности приемной антенны основного приемника. Недостатками данного способа является то, что прием падающей электромагнитной волны в основном производят при помощи двух антенн, основной и компенсационной. В силу того что в качестве компенсационной антенны используется ненаправленная антенна с фиксированным положением нуля ДН, возможно снижение уровня полезного сигнала. При использовании компенсационной антенны, формирующей ноль в предполагаемом направлении прихода сигнала, не исключается возможность попадания составляющей полезного сигнала в компенсационный канал при вероятности прихода сигнала с другого направления. Кроме того, диаграмма компенсационной антенны, как правило, отличается от диаграммы направленности основной антенны, что приводит к снижению эффективности когерентной компенсации помех при подавлении нескольких помех.Closer in technical essence to the claimed method is a method of coherent interference compensation, proposed in [1, p. 220]. It consists in the fact that by some means or other, at the outputs of high or intermediate frequency amplifiers, interference signals of the main and compensation receivers are generated that are opposite in phase, the voltages of the main and compensation receivers are summed up taking into account the weighting coefficients, while coherent compensation of interference acting along the side lobes is performed radiation patterns of the receiving antenna of the main receiver. The disadvantages of this method is that the reception of the incident electromagnetic wave is mainly carried out using two antennas, the main and compensation. Due to the fact that a non-directional antenna with a fixed zero position of the beam is used as a compensation antenna, a decrease in the level of the useful signal is possible. When using a compensation antenna that forms zero in the estimated direction of arrival of the signal, the possibility of the component of the useful signal entering the compensation channel when the probability of the signal coming from another direction is not ruled out. In addition, the compensation antenna pattern, as a rule, differs from the radiation pattern of the main antenna, which leads to a decrease in the efficiency of coherent interference compensation while suppressing several interference.

Предлагаемый способ направлен на устранение перечисленных недостатков известных способов и повышение отношения сигнал/помеха при приеме падающей электромагнитной волны за счет когерентной компенсации помех в антенной решетке со спадающим амплитудным распределением.The proposed method is aimed at eliminating the above disadvantages of the known methods and increasing the signal-to-noise ratio when receiving an incident electromagnetic wave due to coherent compensation of interference in the antenna array with a decreasing amplitude distribution.

Рассмотрим существо предлагаемого способа.Consider the essence of the proposed method.

Способ когерентной компенсации помех при приеме электромагнитной волны антенной решеткой со спадающим амплитудным распределением, основанный на том, что осуществляют прием и преобразование сигналов и помех, образуют сигналы основного и компенсационного каналов, сигнал в компенсационном канале разделяют на два одинаковых сигнала, один из которых задерживают на четверть периода несущего колебания, образуя сигнал ортогонального компенсационного канала, попарно сравнивают сигналы основного и компенсационного каналов для определения оптимальных весовых коэффициентов, с которыми суммируют компенсационные и основной сигналы, образуя выходной сигнал. В отличие от способа-прототипа прием и преобразование сигналов и помех производят на выходах М элементов антенной решетки, состоящей из двух подрешеток с числом излучателей М₁ и М₂, где М₁+М₂=М. На выходе каждого излучателя в результате трансформации электромагнитного поля в высокочастотные электрические колебания формируют сигналы для первой

A method for coherent interference compensation when an electromagnetic wave is received by an antenna array with a decreasing amplitude distribution, based on the fact that signals and interference are received and converted, form the signals of the main and compensation channels, the signal in the compensation channel is divided into two identical signals, one of which is delayed a quarter of the period of the carrier wave, forming the signal of the orthogonal compensation channel, pairwise compare the signals of the main and compensation channels to determine optimal weighting factors with which the compensation and main signals are summed, forming an output signal. In contrast to the prototype method, the reception and conversion of signals and interference is performed at the outputs of the M elements of the antenna array, consisting of two sublattices with the number of emitters M ₁ and M ₂ , where M ₁ + M ₂ = M. At the output of each emitter, as a result of the transformation of the electromagnetic field into high-frequency electric oscillations, they generate signals for the first

(m₁=1, 2, …, M₁) и второй

(m ₁ = 1, 2, ..., M ₁ ) and the second

(m₂=1, 2, …, M₂) подрешеток. Неравномерное деление сигналов

и

на два осуществляют таким образом, что на первом выходе каждого делителя образуют сигнал

(i=1, 2), а на втором -

где

- амплитуда возбуждения излучателя m_i в составе первой и второй подрешеток соответственно, которая является элементом вектора

. Сигналы с первых выходов делителей суммируют, образуя выходной сигнал основного канала антенной решетки(m ₂ = 1, 2, ..., M ₂ ) of the sublattices. Uneven signal division

and

two are carried out in such a way that at the first output of each divider they form a signal

(i = 1, 2), and on the second -

Where

- the amplitude of the excitation of the emitter m _i in the composition of the first and second sublattices, respectively, which is an element of the vector

. The signals from the first outputs of the dividers are summed, forming the output signal of the main channel of the antenna array

u₀. Вторые выходные сигналы излучателей каждой подрешетки

суммируют с комплексными весовыми коэффициентами

u ₀ . The second output signals of the emitters of each sublattice

summarized with complex weights

(m_i=1, 2, …, M_i), образуя выходной сигнал i-го компенсационного канала

. Затем формируют разностный компенсационный сигнал

, где С выбирают таким образом, чтобы исключить составляющую сигнала в компенсационном сигнале и обеспечить близкие временные зависимости составляющей помех в основном и компенсационном сигналах, образуя сигнал u_пк компенсационного канала. Полученные выходной сигнал основного канала антенны u₀ и разностный компенсационный сигнал u_пк подают, как и в способе-прототипе, на соответствующие входы когерентного компенсатора помех, выполняющего операцию компенсации помехи в выходном сигнале основного канала антенны и формирующего выходной сигнал компенсатора помех u_вых.(m _i = 1, 2, ..., M _i ), forming the output signal of the i-th compensation channel

. Then form a differential compensation signal

where C is chosen in such a way as to exclude the signal component in the compensation signal and provide close time dependences of the interference component in the main and compensation signals, forming a signal u _{pc of the} compensation channel. The obtained output signal of the main channel of the antenna u ₀ and the difference compensation signal u _{pc is} supplied, as in the prototype method, to the corresponding inputs of the coherent interference compensator, which performs the operation of compensating for interference in the output signal of the main channel of the antenna and generates the output signal of the interference canceller u _output .

Проведенный сравнительный анализ заявленного способа и прототипа показывает, что заявленный способ отличается тем, что изменена совокупность действий:A comparative analysis of the claimed method and prototype shows that the claimed method is different in that the set of actions is changed:

введено действие, связанное с делением выходных сигналов каждого излучателя на два выходных сигнала, один из которых используют для формирования сигнала основного канала, а вторые сигналы суммируют по подрешеткам для образования двух компенсационных сигналов;an action has been introduced related to the division of the output signals of each emitter into two output signals, one of which is used to form the signal of the main channel, and the second signals are summed over the sublattices to form two compensation signals;

введено действие, связанное с формированием разностного компенсационного сигнала путем взвешенного суммирования двух компенсационных сигналов для исключения составляющей сигнала в компенсационном сигнале и обеспечения близких временных зависимостей составляющей помех в основном и компенсационном сигналах и, в конечном итоге, для формирования нуля диаграммы направленности в направлении прихода сигнала.an action was introduced related to the formation of a difference compensation signal by weighted summing of two compensation signals to eliminate the signal component in the compensation signal and provide close time dependences of the interference component in the main and compensation signals and, ultimately, to form a zero radiation pattern in the direction of arrival of the signal.

Кроме того, изменен порядок выполнения действия: преобразования сигнала основной антенны.In addition, the order of execution of the action: conversion of the signal of the main antenna.

Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг.1.The structural diagram of a device operating according to the proposed method is presented in figure 1.

На фиг.2 показана векторная диаграмма напряжений помехи в каналах когерентного компенсатора помех.Figure 2 shows a vector diagram of interference voltages in the channels of a coherent interference compensator.

На фиг.3 изображены амплитудные распределения в основном канале (сплошная кривая) и компенсационном канале (пунктирная кривая).Figure 3 shows the amplitude distribution in the main channel (solid curve) and the compensation channel (dashed curve).

На фиг.4 представлено фазовое распределение в раскрыве ФАР в компенсационном канале.Figure 4 presents the phase distribution in the aperture of the PAR in the compensation channel.

На фиг.5 представлены диаграмма направленности основного канала (сплошная кривая) и разностная диаграмма направленности компенсационного канала в области боковых лепестков (пунктирная кривая).Figure 5 presents the radiation pattern of the main channel (solid curve) and the difference radiation pattern of the compensation channel in the region of the side lobes (dashed curve).

Рассмотрим предлагаемый способ компенсации помех при приеме электромагнитной волны антенной решеткой со спадающим амплитудным распределением. С учетом структурной схемы устройства компенсации помех, представленной на фиг.1, проведем теоретическое обоснование предлагаемого способа.Consider the proposed method of compensating for interference when receiving an electromagnetic wave by an antenna array with a decreasing amplitude distribution. Taking into account the structural diagram of the interference compensation device presented in figure 1, we will carry out a theoretical justification of the proposed method.

Рассмотрим приемную М-элементную антенную решетку. Антенная решетка разделена на две подрешетки с числом излучателей М₁ и М₂ (М=М₁+М₂). Диаграмма направленности каждого излучателя определяется функцией вида

Consider the receiving M-element antenna array. The antenna array is divided into two sublattices with the number of emitters M ₁ and M ₂ (M = M ₁ + M ₂ ). The radiation pattern of each emitter is determined by a function of the form

Пусть источники сигналов и помех возбуждают вблизи приемной антенны изменяемое во времени электромагнитное поле, напряженность которого равна

Let the sources of signals and interference excite a time-varying electromagnetic field near the receiving antenna, the intensity of which is equal to

(здесь E_c и Е_пj - напряженности поля, создаваемые вблизи приемной антенны источником сигнала и j-й помехи соответственно (j=1, 2, …, J)). На выходе каждого излучателя антенной решетки формируют переменный во времени сигнал(here E _c and Е _пj are the field intensities created near the receiving antenna by the signal source and the jth interference, respectively (j = 1, 2, ..., J)). At the output of each radiator of the antenna array, a time-variable signal is generated

где θ₀ - направление принимаемого сигнала; θ_j - направление прихода j-й помехи (j=1, 2, …, J).where θ ₀ is the direction of the received signal; θ _j is the direction of arrival of the jth interference (j = 1, 2, ..., J).

Для формирования сигналов основного и компенсационного каналов разделим выходные сигналы всех излучателей по мощности на две части. При этом на первых выходах делителей сигналы излучателей будут иметь амплитуду, пропорциональную

, а на вторых -

. Выбранная конфигурация подрешеток и амплитудное распределение А определяют амплитудное распределение в каждой подрешетке

, так как

To form the signals of the main and compensation channels, we divide the output signals of all emitters in power into two parts. Moreover, at the first outputs of the dividers, the emitter signals will have an amplitude proportional to

and on the second -

. The selected configuration of the sublattices and the amplitude distribution A determine the amplitude distribution in each sublattice

, as

Сигналы с первых выходов делителей используем для формирования выходного сигнала основного канала антенной решетки, для чего просуммируем все сигналы с первых выходов делителей, т.е.:The signals from the first outputs of the dividers are used to form the output signal of the main channel of the antenna array, for which we sum up all the signals from the first outputs of the dividers, i.e.:

где F₀(θ) - диаграмма направленности антенной решетки для основного канала, сформированная за счет спадающего к краям амплитудного распределения, задаваемого М-мерным вектором А.where F ₀ (θ) is the radiation pattern of the antenna array for the main channel, formed due to the amplitude distribution falling to the edges, defined by the M-dimensional vector A.

Выходной сигнал i-го компенсационного канала

получим в виде:The output signal of the i-th compensation channel

we get in the form:

где

- весовые коэффициенты компенсационного канала i-й подрешетки,

- диаграмма направленности i-го компенсационного канала.Where

- weighting coefficients of the compensation channel of the i-th sublattice,

- radiation pattern of the i-th compensation channel.

Определение весовых коэффициентов для взвешенного суммирования сигналов подрешеток (компенсационных каналов) проведем на основе решения задачи на условный экстремум в следующей постановке.We will determine the weighting coefficients for the weighted summation of the signals of the sublattices (compensation channels) based on the solution of the problem of conditional extremum in the following formulation.

Пусть известны:Let known:

1) Ω_бок - область углов θ вне главного луча диаграммы направленности антенной решетки основного канала;1) Ω _side is the region of angles θ outside the main beam of the radiation pattern of the antenna array of the main channel;

2)

- диаграммный функционал, характеризующий отклонение разностной диаграммы направленности компенсационного канала

от диаграммы направленности антенной решетки основного канала.2)

- diagram functional characterizing the deviation of the differential radiation pattern of the compensation channel

from the radiation pattern of the antenna array of the main channel.

Требуется найти весовые коэффициенты

обеспечивающие

при условии

.Need to find weights

providing

provided

.

Разностную диаграмму направленности компенсационного канала определим в виде:The difference radiation pattern of the compensation channel is defined as:

гдеWhere

Решение данной задачи может быть получено любым известным градиентным методом оптимизации. В частности, для решения сформулированной задачи можно использовать метод проектируемого градиента [6, с.166], обеспечивающий выполнение ограничения

на амплитуды весовых коэффициентов

. После определения весовых коэффициентов

и формирования выходных сигналов i-х компенсационных каналов получаем выходной разностный компенсационный сигнал в виде:The solution to this problem can be obtained by any known gradient optimization method. In particular, to solve the formulated problem, one can use the projected gradient method [6, p.166], which ensures the fulfillment of the constraint

on amplitudes of weights

. After determining the weights

and the formation of the output signals of the i-x compensation channels, we obtain the output difference compensation signal in the form:

Решение задачи о приближении функций F₀(θ) и F_p(θ) в области боковых лепестков обеспечивает в каждый момент времени выполнение условия:The solution of the problem of the approximation of the functions F ₀ (θ) and F _p (θ) in the region of the side lobes provides at each time the fulfillment of the condition:

где D - комплексный нормировочный коэффициент.where D is the complex normalization coefficient.

Для определения амплитуды и фазы комплексного нормировочного коэффициента и компенсации составляющей помех в основном канале используем когерентный компенсатор помех, принцип действия которого рассмотрен в [1, с.222; 5, с.39].To determine the amplitude and phase of the complex normalization coefficient and compensate for the interference component in the main channel, we use a coherent interference compensator, the principle of which is considered in [1, p.222; 5, p. 39].

Процесс когерентной компенсации помех может быть пояснен с помощью векторной диаграммы, приведенной на фиг.2.The process of coherent interference compensation can be explained using the vector diagram shown in figure 2.

Выходной сигнал основного канала u₀ в некоторый момент времени на фиг.2 представим как вектор, который получается в результате сложения векторов напряжений помехи

The output signal of the main channel u ₀ at some point in time in Fig. 2 is represented as a vector, which is obtained by adding the interference voltage vectors

и сигнала E₀. Амплитуда выходного разностного сигнала компенсационного канала

может отличаться от амплитуды напряжения помехи в основном канале Е_п, поскольку основная доля мощности принимаемого сигнала приходится на основной канал. Фаза выходного разностного сигнала компенсационного канала u_пк будет приближаться к фазе напряжения помехи в основном канале Е_п, так как решение задачи синтеза обеспечивает приближение комплексных функций F₀(θ) и F_p(θ) в области боковых лепестков.and signal E ₀ . The amplitude of the output differential signal of the compensation channel

may differ from the amplitude of the interference voltage in the main channel E _p , since the main share of the received signal power falls on the main channel. The phase of the output difference signal of the compensation channel u _pc will approach the phase of the interference voltage in the main channel E _p , since the solution to the synthesis problem provides the approximation of the complex functions F ₀ (θ) and F _p (θ) in the region of the side lobes.

В соответствии со способом когерентной компенсации помех выходной разностный компенсационный сигнал разделяют на два: компенсационный и квадратурный. Квадратурный сигнал задерживают на четверть периода несущего колебания. С использованием корреляционной обработки определяют оптимальные коэффициенты передачи усилителей компенсационного и квадратурного каналов Re(D) и Im(D), которые обеспечивают приближенное равенство Du_пк≈Е_п. После этого для формирования выходного сигнала предлагаемого компенсатора помех осуществляют вычитание сигналов u₀ и Du_пк, т.е.:In accordance with the method of coherent interference compensation, the output difference compensation signal is divided into two: compensation and quadrature. The quadrature signal is delayed by a quarter of the period of the carrier wave. Using correlation processing, the optimal transmission coefficients of the amplifiers of the compensation and quadrature channels Re (D) and Im (D) are determined, which provide approximate equality Du _pc ≈ Е _п . After that, to form the output signal of the proposed interference canceller, subtract the signals u ₀ and Du _pc , that is:

Таким образом, выходной сигнал антенной системы содержит только составляющую сигнала E₀.Thus, the output signal of the antenna system contains only the signal component E ₀ .

Выполнение условия (7) позволяет осуществлять компенсацию различного количества помех, приходящих с произвольных направлений.The fulfillment of condition (7) allows one to compensate for a different amount of interference coming from arbitrary directions.

Работа устройства, функционирующего по предложенному способу, может быть проиллюстрирована с помощью фиг.1. Смесь полезного сигнала и помехи принимается излучателями первой и второй подрешеток 1 и 2 соответственно. После преобразования (блоки усиления и преобразования сигналов на фиг.1 не показаны, так как они выполняют стандартные функции усиления и преобразования) выходные сигналы

излучателей первой подрешетки и выходные сигналы

второй подрешетки поступают на входы делителей 3-8 соответственно, где мощность каждого из них делят на две части таким образом, чтобы первый выходной сигнал имел вес, соответствующий выбранному амплитудному распределению. Вторые выходные сигналы излучателей первой подрешетки

и вторые выходные сигналы излучателей второй подрешетки

поступают на входы сумматоров 9 и 10, в которых суммируются по подрешеткам, образуя два компенсационных сигнала

, с весовыми коэффициентами

, обеспечивающими минимум отклонения нормированной диаграммы направленности АР основного канала в области боковых лепестков от разностной диаграммы направленности АР компенсационного канала. Первые выходные сигналы излучателей первой и второй подрешеток

поступают на вход сумматора 11, образуя выходной сигнал антенной решетки (АР) u₀ основного канала. Второй компенсационный сигнал усиливают в усилителе 12, затем первый компенсационный сигнал

и усиленный второй компенсационный сигналThe operation of the device operating according to the proposed method can be illustrated using figure 1. A mixture of the useful signal and interference is received by the emitters of the first and second sublattices 1 and 2, respectively. After the conversion (the amplification and conversion blocks of the signals in figure 1 are not shown, since they perform the standard functions of amplification and conversion), the output signals

emitters of the first sublattice and output signals

the second sublattice is fed to the inputs of the dividers 3-8, respectively, where the power of each of them is divided into two parts so that the first output signal has a weight corresponding to the selected amplitude distribution. The second output signals of the emitters of the first sublattice

and second output signals of the emitters of the second sublattice

arrive at the inputs of adders 9 and 10, in which they are summed over the sublattices, forming two compensation signals

, with weights

providing a minimum deviation of the normalized radiation pattern of the AR of the main channel in the region of the side lobes from the difference radiation pattern of the AR of the compensation channel. The first output signals of the emitters of the first and second sublattices

arrive at the input of the adder 11, forming the output signal of the antenna array (AR) u _{0 of the} main channel. Second compensation the signal is amplified in the amplifier 12, then the first compensation signal

and amplified second compensation signal

поступают на входы вычитающего устройства 13, в котором производят вычитание усиленного второго компенсационного сигнала

из первого компенсационного сигнала

, образуя выходной разностный компенсационный сигнал

Полученные выходной сигнал антенны u₀ основного канала и разностный компенсационный сигнал u_пк поступают на соответствующие входы когерентного компенсатора помех, выполняющего операцию компенсации помехи в выходном сигнале основного канала антенны и формирующего выходной сигнал предлагаемого компенсатора помех

arrive at the inputs of the subtracting device 13, in which the amplified second compensation signal is subtracted

from the first compensation signal

forming an output difference compensation signal

The received output signal of the antenna u _{0 of the} main channel and the differential compensation signal u _pc are supplied to the corresponding inputs of the coherent interference compensator, performing the operation of compensating for interference in the output signal of the main channel of the antenna and generating the output signal of the proposed interference compensator

Блоки 1, 2 представляют собой антенные решетки, одна из которых состоит из M₁, а вторая - из М₂ излучателей.Blocks 1, 2 are antenna arrays, one of which consists of M ₁ , and the second of M ₂ emitters.

Блоки 3-8 представляют собой делители мощности или направленные ответвители с регулируемой связью [4, с.297-309; 8, с.57-75].Blocks 3-8 are power dividers or directional couplers with adjustable coupling [4, p.297-309; 8, p. 57-75].

Блоки 9-11 представляют собой схемы суммирования выходных сигналов в подрешетках излучателей. В настоящее время известен целый ряд схем суммирования, которые содержат сумматоры и фазовращатели, а также аттенюаторы или СВЧ-усилители в случае реализации активной ФАР [4, с.297-309; 8, с.57-87].Blocks 9-11 are schemes for summing the output signals in the emitter sublattices. Currently, there are a number of summation schemes that contain adders and phase shifters, as well as attenuators or microwave amplifiers in the case of the implementation of an active phased array [4, p.297-309; 8, p. 57-87].

Блок 12 представляет собой усилитель радиочастоты [4, с.514-527; 8, с.222-225].Block 12 is a radio frequency amplifier [4, p. 514-527; 8, p. 222-225].

Блок 13 представляет собой сумматор (с одним из инвертирующих входов) или сумматор с подключенным к одному из входов фиксированным фазовращателем на 180° [4, с.297-309; 8, с.57-87].Block 13 is an adder (with one of the inverting inputs) or an adder with a fixed phase shifter connected to one of the inputs by 180 ° [4, p.297-309; 8, p. 57-87].

Блок 14 представляет собой схему устройства, реализующего когерентную компенсацию помех с помощью квадратурных преобразователей для выполнения операции комплексного взвешивания [1, с.222, рис.5.20].Block 14 is a diagram of a device that implements coherent interference compensation using quadrature converters to perform complex weighing operations [1, p. 222, Fig. 5.20].

Таким образом, устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит из стандартных блоков, реализация которых описана в известной литературе [4, 5, 7-9].Thus, a device that implements the proposed method consists of standard units, the implementation of which is described in the known literature [4, 5, 7-9].

Для оценки эффективности предлагаемого способа были проведены численные исследования, в ходе которых рассмотрена М-элементная антенная решетка, состоящая из 32-х излучателей. Выделим в ней две подрешетки с числом излучателейTo evaluate the effectiveness of the proposed method, numerical studies were carried out, during which an M-element antenna array consisting of 32 emitters was considered. We single out two sublattices with the number of emitters

М₁ и М₂. В рассматриваемом примере первые шестнадцать излучателей образуют первую подрешетку, последующие излучатели образуют вторую подрешетку, т.е. М₁=М₂=16. Выбираем амплитудное распределение на первых выходах делителей мощности, спадающее по закону косинуса, в виде:M ₁ and M ₂ . In this example, the first sixteen emitters form the first sublattice, the subsequent emitters form the second sublattice, i.e. M ₁ = M ₂ = 16. We select the amplitude distribution at the first outputs of the power dividers, decreasing according to the law of cosine, in the form:

Определим амплитуду распределения на вторых выходах делителей мощности с помощью соотношений вида:We determine the distribution amplitude at the second outputs of the power dividers using relations of the form:

В выражениях (10), (11) амплитуды крайних излучателей равны нулю, так как они существенно влияют на формирование ДН. Это влияние приводит к заметным отличиям синтезированной ДН от заданной.In expressions (10), (11), the amplitudes of the extreme emitters are equal to zero, since they significantly affect the formation of MDs. This effect leads to noticeable differences between the synthesized MD and the given one.

Амплитудные распределения в основном канале антенной решетки (сплошная кривая) и компенсационном канале (пунктирная кривая) представлены на фиг.3.The amplitude distributions in the main channel of the antenna array (solid curve) and the compensation channel (dashed curve) are shown in Fig. 3.

При решении оптимизационной задачи в качестве функционала

использовалось среднеквадратическое отклонение:When solving the optimization problem as a functional

used standard deviation:

На основании исходных данных методом проектируемого градиента [6, с.166-167] получено фазовое распределение, представленное на фиг.4.Based on the source data using the projected gradient method [6, p.166-167] obtained the phase distribution shown in Fig.4.

На фиг.5 представлены диаграмма направленности основного канала (сплошная кривая) и разностная диаграмма направленности компенсационного канала в области боковых лепестков (пунктирная кривая). Для того чтобы продемонстрировать близость диаграмм направленности основного и компенсационного каналов в области боковых лепестков, разностная диаграмма направленности умножена на величину |D|. Фактически, при реализации предлагаемого способа комплексное значение D, наилучшим образом соответствующее помеховой обстановке, определяется в когерентном компенсаторе помех. Из анализа фиг.5 следует, что для рассматриваемого примера предлагаемый компенсатор помех обеспечит полное подавление помех, приходящих с направлений θ∈θ_j, так как на этом отрезке F₀(θ)=F_p(θ)|D|.Figure 5 presents the radiation pattern of the main channel (solid curve) and the difference radiation pattern of the compensation channel in the region of the side lobes (dashed curve). In order to demonstrate the proximity of the radiation patterns of the main and compensation channels in the region of the side lobes, the difference radiation pattern is multiplied by | D |. In fact, when implementing the proposed method, the complex value of D, which best corresponds to the interference environment, is determined in a coherent interference canceller. From the analysis of Fig. 5, it follows that for the considered example, the proposed interference canceller will provide complete suppression of interference coming from the directions θ∈θ _j , since on this segment F ₀ (θ) = F _p (θ) | D |.

Таким образом, введение новых действий, связанных с формированием сигнала основного канала, с особенностями образования компенсационного канала на основе формирования двух компенсационных сигналов и последующего формирования на их основе разностного компенсационного сигнала, чтобы обеспечить исключение составляющей сигнала в компенсационном сигнале и близкие временные зависимости составляющей помех в основном и компенсационном сигналах и изменение порядка выполнения действия, связанного с преобразованием сигнала компенсационного канала, которые обеспечивают реализацию предлагаемого способа, позволяет при приеме электромагнитной волны антенной решеткой со спадающим амплитудным распределением получить повышение отношения сигнал/помеха за счет подавления большого количества помех, приходящих с произвольных направлений, соответствующих области боковых лепестков антенной решетки основного канала.Thus, the introduction of new actions related to the formation of the signal of the main channel, with the features of the formation of the compensation channel based on the formation of two compensation signals and the subsequent formation on their basis of the differential compensation signal, to ensure the exclusion of the signal component in the compensation signal and close time dependences of the interference component in main and compensation signals and changing the order of the action associated with the conversion of the signal compensation of the channel, which ensure the implementation of the proposed method, allows receiving an electromagnetic wave with an antenna array with a decreasing amplitude distribution to obtain an increase in the signal / noise ratio by suppressing a large number of interference coming from arbitrary directions corresponding to the side lobe region of the antenna array of the main channel.

Источники информацииInformation sources

1. Максимов М.В. Защита от радиопомех. - М.: Сов. Радио. 1976, 496 с.1. Maximov M.V. Radio interference protection. - M .: Owls. Radio. 1976, 496 p.

2. Патент 2235392 (Россия). Способ подавления помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации биортогональной антенной системой. / Е.Н.Мищенко, С.Е.Мищенко, В.В.Шацкий // 2004, БИ №24 - Н01Q 3/26.2. Patent 2235392 (Russia). A method for suppressing interference when receiving an electromagnetic wave of circular polarization by a biorthogonal antenna system. / E.N. Mishchenko, S.E. Mishchenko, V.V. Shatsky // 2004, BI No. 24 - Н01Q 3/26.

3. Ерохин Г.А. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. - 2-е изд., испр. - М.: Горячая линия - Телеком. 2004, 491 с.3. Erokhin G.A. Antenna feeder devices and radio wave propagation. - 2nd ed., Rev. - M .: Hot line - Telecom. 2004, 491 p.

4. Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток). - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Радио и связь. 1994, 592 с.4. Resurrection D.I. Antennas and microwave devices (design of phased antenna arrays). - 2nd ed., Ext. and reslave. - M .: Radio and communication. 1994, 592 p.

5. Лосев А.Г. Адаптивная компенсация помех в каналах связи. - М.: Радио и связь. 1988, 208 с.5. Losev A.G. Adaptive interference compensation in communication channels. - M .: Radio and communication. 1988, 208 p.

6. Зелкин Е.Г., Соколов В.Г. Методы синтеза антенн: Фазированные антенные решетки и антенны с непрерывным раскрывом. - М.: Сов. Радио. 1980, 296 с.6. Zelkin EG, Sokolov V.G. Antenna synthesis methods: Phased array antennas and antennas with continuous opening. - M .: Owls. Radio. 1980, 296 p.

7. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. - М.: Радио и связь. 1986, 448 с.7. Monzingo R.A., Miller T.U. Adaptive antenna arrays. - M .: Radio and communication. 1986, 448 p.

8. Веселов Г.И., Егоров Е.Н. Микроэлектронные устройства СВЧ. - М.: Высш. шк. 1988, 280 с.8. Veselov G.I., Egorov E.N. Microelectronic microwave devices. - M .: Higher. school 1988, 280 p.

9. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высш. шк. 1988, 432 с.9. Sazonov D.M. Antennas and microwave devices. - M .: Higher. school 1988, 432 p.

Claims

The method of coherent interference compensation when receiving an electromagnetic wave by an antenna array with a decreasing amplitude distribution, which consists in the reception and conversion of signals and interference, form the signals of the main and compensation channels, the signal in the compensation channel is divided into two identical signals, one of which is delayed a quarter of the period of the carrier wave, forming the signal of the orthogonal compensation channel, pairwise compare the signals of the main and compensation channels to determine optimum weighting coefficients which are summed and the compensating main signals to form an output signal, characterized in that the reception and conversion of the signals and interference produced at the outputs of M radiators of the antenna array consisting of two sublattices with number M ₁ and M ₂ emitters,
where M ₁ + M ₂ = M, divide the signal at the outputs of each emitter into two, the signals from the first outputs are summed with weighting coefficients corresponding to the selected decay distribution, forming the signal of the main channel, the signals from the second outputs are summed as signals of the sublattices, forming two compensation signals summarize the compensation signals with weights that ensure the exclusion of the signal component in the compensation signal and the close time dependences of the interference component in the main and compensation signal x, forming a compensation channel signal.