RU2330356C1 - Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators - Google Patents
Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2330356C1 RU2330356C1 RU2006142993/09A RU2006142993A RU2330356C1 RU 2330356 C1 RU2330356 C1 RU 2330356C1 RU 2006142993/09 A RU2006142993/09 A RU 2006142993/09A RU 2006142993 A RU2006142993 A RU 2006142993A RU 2330356 C1 RU2330356 C1 RU 2330356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- signal
- interference
- antenna
- antenna array
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 54
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title abstract description 4
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 30
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 27
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 22
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 18
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 6
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 2
- 241001415849 Strigiformes Species 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005388 cross polarization Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах связи при приеме волн круговой поляризации в условиях воздействия преднамеренных и непреднамеренных произвольно поляризованных помех, в том числе и подобных по спектру полезному сигналу, в широком секторе углов.The invention relates to antenna technology and can be used in radio communication systems when receiving circularly polarized waves under the influence of intentional and unintentional randomly polarized interference, including those useful in a spectrum with a useful signal, in a wide sector of angles.
Известны способы для борьбы с преднамеренными помехами, основанные на расширении спектра принимаемого сигнала, использовании антенн с узкими диаграммами направленности, разнесенном и адаптивном приеме с исключением пораженных помехой элементов [1]. Достижимый положительный эффект определяется выигрышем от обработки сигналов при приеме и передаче, от совместного использования кодов и схем разнесенного приема, а также методов адаптивного приема, при котором в направлении помехи обеспечивают максимальное снижение потока мощности, а в направлении прихода полезного сигнала - максимальное увеличение чувствительности. К недостаткам перечисленных способов относятся их низкая эффективность из-за того, что преднамеренные помехи в процессе работы могут изменять как структуру, так и уровень, и в каждой конкретной помеховой ситуации существует априорная неопределенность относительно периода следования, амплитуды помехи. Кроме того, большинство способов для своей реализации требует использования либо нескольких антенн, либо антенных решеток.Known methods for dealing with deliberate interference, based on the expansion of the spectrum of the received signal, the use of antennas with narrow radiation patterns, diversity and adaptive reception with the exception of elements affected by interference [1]. The achieved positive effect is determined by the gain from signal processing during reception and transmission, from the sharing of codes and diversity reception schemes, as well as adaptive reception methods, in which in the direction of interference they provide the maximum reduction in power flow, and in the direction of arrival of the useful signal, the maximum increase in sensitivity. The disadvantages of the above methods include their low efficiency due to the fact that deliberate interference during operation can change both the structure and level, and in each specific interference situation there is a priori uncertainty regarding the repetition period, the amplitude of the interference. In addition, most methods for their implementation require the use of either multiple antennas or antenna arrays.
Известны способы разнесенного приема сигналов, обеспечивающие максимизацию отношения сигнал/шум + помеха: разнесенный прием с коммутацией ветвей разнесения, когерентное сложение сигналов с восстановлением несущей частоты или с использованием отдельного пилот-сигнала. Достоинством способов разнесенного приема сигналов является их более высокая помехоустойчивость. Кроме того, эти способы целесообразно использовать для ослабления влияния многолучевости [2, с.303-435]. К недостаткам указанных способов следует отнести возможность их работы только с полезными сигналами линейной поляризации.Known methods for diversity reception of signals that maximize the signal-to-noise + interference ratio: diversity reception with switching diversity branches, coherent signal addition with restoration of the carrier frequency or using a separate pilot signal. The advantage of the methods of diversity reception of signals is their higher noise immunity. In addition, these methods should be used to attenuate the influence of multipath [2, p.303-435]. The disadvantages of these methods include the possibility of their work only with useful signals of linear polarization.
Известен способ разнесенной передачи и приема двух ортогонально поляризованных волн [2, с.120-124], основанный на излучении двух ортогонально поляризованных волн близко расположенными антеннами, например вертикальными электрическим и магнитным диполями, на независимом приеме излученных электромагнитных колебаний и их последующей обработке. Так как излучаемая мощность распределена одинаково в двух различных плоскостях поляризации, то в системе с поляризационной селекцией по сравнению с системой, в которой осуществляется прием на пространственно разнесенные антенны, наблюдается среднее уменьшение мощности на 3 дБ, что является недостатком известного способа [2, с.121].A known method of diversity transmission and reception of two orthogonally polarized waves [2, p.120-124], based on the emission of two orthogonally polarized waves by closely spaced antennas, such as vertical electric and magnetic dipoles, on the independent reception of the emitted electromagnetic waves and their subsequent processing. Since the radiated power is distributed identically in two different planes of polarization, in a system with polarization selection, in comparison with a system that receives spatially separated antennas, an average decrease in power by 3 dB is observed, which is a disadvantage of the known method [2, p. 121].
Известен способ поляризационной селекции помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации, описанный в [3] и реализованный в устройстве [4]. Способ разработан для повышения эффективности приема-передачи электромагнитных волн при работе на низких и средних углах места. Способ основан на независимом приеме компонент электромагнитной волны ортогональной парой вибраторов, образующей турникетную антенну, формировании опорного и разностного сигналов, задержке опережающего сигнала на π/2 в соответствии с направлением вращения поляризационного эллипса полезного сигнала и формировании выходного сигнала в виде суммы опорного и разностного сигналов. Получаемое при реализации этого способа решение, несмотря на обеспечение коэффициента эллиптичности, близкого к единице, при низких и средних углах места, не является оптимальным, поскольку не учитываются помеховые сигналы, а вводимое ослабление сигналов в трактах излучателей для выравнивания амплитуд сигналов снижает помехоустойчивость приемной системы. Следует отметить, что поляризационные эффекты в атмосфере, приводящие к возникновению кросс-поляризационной составляющей, при реализации данного способа не учитываются. Между тем их влияние приводит к уменьшению амплитуды полезного сигнала и увеличению помех.A known method of polarization interference selection when receiving an electromagnetic wave of circular polarization, described in [3] and implemented in the device [4]. The method is designed to improve the efficiency of reception and transmission of electromagnetic waves when working at low and medium elevation angles. The method is based on the independent reception of the components of an electromagnetic wave by an orthogonal pair of vibrators forming a turnstile antenna, generating a reference and difference signals, delaying the leading signal by π / 2 in accordance with the direction of rotation of the polarizing ellipse of the useful signal, and generating the output signal as the sum of the reference and difference signals. The solution obtained during the implementation of this method, despite providing an ellipticity coefficient close to unity at low and medium elevation angles, is not optimal, because interference signals are not taken into account, and the introduced signal attenuation in the emitter paths to equalize signal amplitudes reduces the noise immunity of the receiving system. It should be noted that the polarization effects in the atmosphere, leading to the appearance of the cross-polarization component, are not taken into account when implementing this method. Meanwhile, their influence leads to a decrease in the amplitude of the useful signal and an increase in interference.
Известен способ пространственной селекции сигналов с помощью антенной решетки турникетных или векторных [5] излучателей, основанный на синфазном суммировании в каждом излучателе ортогонально поляризованных составляющих полезного сигнала и суммировании выходных сигналов излучателей с весовыми коэффициентами, обеспечивающими низкий уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенной решетки [6]. Однако возможности снижения уровня боковых лепестков в антенной решетке ограничиваются требованиями к коэффициенту направленного действия антенны и энергетике радиоканала, что является недостатком способа пространственной селекции. В соответствии с терминологией [5] под векторными излучателями понимается система из трех взаимно ортогональных линейных антенн, управляемых независимо.There is a method of spatial selection of signals using an antenna array of turnstile or vector [5] emitters, based on the common-mode summation of the orthogonally polarized components of the useful signal in each emitter and the summation of the output signals of the emitters with weight coefficients that provide a low level of side lobes of the antenna array [6] . However, the possibility of reducing the level of side lobes in the antenna array is limited by the requirements for the directional coefficient of the antenna and the energy of the radio channel, which is a disadvantage of the spatial selection method. In accordance with the terminology [5], vector emitters are understood to mean a system of three mutually orthogonal linear antennas that are independently controlled.
Более близким по технической сущности к заявляемому способу является способ подавления помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации биортогональной антенной системой, предложенный в [7]. Он состоит в том, что осуществляют прием электромагнитной волны круговой поляризации с помощью двух ортогональных антенных систем, развернутых относительно друг друга на угол π/4, формируют из преобразованных сигналов четыре опорных сигнала, которые попарно пропорциональны тангенциальным составляющим напряженности электромагнитного поля, выравнивают во времени девять отсчетов опорных сигналов в течение времени, равного 3T/8, через промежутки времени, равные T/8, где Т - период несущего колебания, формируют десять разностных сигналов Δi (i=1,2,...,10) путем вычитания выравненных во времени отсчетов опорных сигналов, находят четыре совокупности гипотетических реализаций помехового сигнала, предполагая, что тангенциальная составляющая напряженности поля помехового сигнала ориентирована для каждой совокупности гипотетических реализаций под углом α=-π/4, 0, π/4 и π/2 соответственно к тангенциальной составляющей электромагнитного поля опережающего опорного сигнала, оценивают достоверность каждой из четырех гипотез и выбирают наиболее достоверную из них путем формирования совокупности гипотетических разностных сигналов и получения невязок между гипотетическими и разностными сигналами , формируют четыре компенсирующих сигнала, соответствующих выбранной гипотезе, компенсируют помеховые сигналы путем вычитания четырех компенсирующих сигналов из опорных сигналов, образуя четыре откорректированных сигнала в каждой из пар, задерживая опережающий сигнал на четверть периода несущего колебания, и между парами, задерживая на восьмую часть периода несущего колебания сигнал второй ортогональной антенной системы, являющийся опережающим, суммируют сигналы в каждой из пар и между парами, образуя выходной сигнал биортогональной антенной системы.Closer in technical essence to the claimed method is a method of suppressing interference when receiving an electromagnetic wave of circular polarization biorthogonal antenna system, proposed in [7]. It consists in the fact that the circular polarized electromagnetic wave is received using two orthogonal antenna systems rotated relative to each other at an angle π / 4, four reference signals are generated from the converted signals, which are pairwise proportional to the tangential components of the electromagnetic field strength, equalize nine in time samples of reference signals during a time equal to 3T / 8, at time intervals equal to T / 8, where T is the period of the carrier wave, ten differential signals Δ i (i = 1,2, ..., 10) by subtracting the time-aligned samples of the reference signals, four sets of hypothetical implementations of the interfering signal are found, assuming that the tangential component of the field strength of the interfering signal is oriented for each set of hypothetical implementations at an angle α = -π / 4 , 0, π / 4 and π / 2, respectively, to the tangential component of the electromagnetic field of the leading reference signal, evaluate the reliability of each of the four hypotheses and select the most reliable of them by forming a scoop post hypothetical difference signals and getting discrepancies between hypothetical and difference signals form four compensating signals corresponding to the selected hypothesis, compensate for interference signals by subtracting four compensating signals from the reference signals, forming four corrected signals in each of the pairs, delaying the leading signal by a quarter of the period of the carrier oscillation, and between the pairs, delaying by an eighth of the period of the carrier oscillations, the signal of the second orthogonal antenna system, which is leading, sums the signals in each of the pairs and between the pairs, forming the output signal biorthogonally th antenna system.
Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает подавление помех произвольной поляризации. В то же время сигналы от нескольких источников помех, суммируясь, могут образовывать как сигнал линейной поляризации, так и сигнал эллиптической поляризации или неполяризованный сигнал.A disadvantage of the known method is that it does not suppress arbitrary polarization interference. At the same time, the signals from several sources of interference, summing up, can form both a linear polarization signal, and an elliptical polarization signal or an unpolarized signal.
Предлагаемый способ направлен на повышение отношения сигнал/помеха при приеме электромагнитной волны круговой поляризации за счет подавления произвольно поляризованных помех, в том числе и подобных по спектру полезному сигналу, в широком секторе углов.The proposed method is aimed at increasing the signal-to-noise ratio when receiving an electromagnetic wave of circular polarization by suppressing arbitrarily polarized noise, including similar spectra of the useful signal, in a wide sector of angles.
Рассмотрим существо предлагаемого способа.Consider the essence of the proposed method.
Как и в прототипе, осуществляют прием электромагнитной волны круговой поляризации, преобразуют принятые сигналы, формируют опорные сигналы, пропорциональные тангенциальным составляющим падающего электромагнитного поля, с использованием опорных сигналов получают откорректированные сигналы, которые выравнивают по фазе и суммируют, образуя выходной сигнал антенной системы. Однако антенная система, в отличие от прототипа, представляет собой антенную решетку идентично ориентированных векторных (в частном случае - турникетных) излучателей. Как и в прототипе, выполняется операция преобразования принятых сигналов, необходимая для фазирования антенны в направлении прихода полезного сигнала и решения задачи согласования приемной антенны по поляризации с полезным сигналом, однако в отличие от способа-прототипа для получения преобразованных сигналов выделяют в составе антенной решетки подрешетки идентично поляризованных элементов и суммируют принимаемые ими сигналы с весовыми коэффициентами, при которых в направлении прихода полезного сигнала антенная решетка согласована по поляризации с принимаемым полезным сигналом, а в направлениях прихода помех уровень боковых лепестков в одной компоненте векторной диаграммы направленности приемной антенны, заданной в сферической системе координат, существенно ниже, чем уровень боковых лепестков в ортогональной компоненте векторной диаграммы направленности. В отличие от способа-прототипа формирование двух опорных сигналов, пропорциональных тангенциальным составляющим падающего электромагнитного поля, создаваемого источником полезного сигнала, осуществляют путем суммирования преобразованных сигналов с выбранными весовыми коэффициентами. Опорные сигналы выравнивают по фазе, после чего формируют суммарный и разностный сигналы путем суммирования и вычитания опорных сигналов соответственно. Затем складывают суммарный и разностный сигналы, формируя откорректированный сигнал, который является выходным сигналом антенной решетки идентично ориентированных векторных излучателей.As in the prototype, a circularly polarized electromagnetic wave is received, the received signals are converted, reference signals are generated proportional to the tangential components of the incident electromagnetic field, and corrected signals are obtained using the reference signals, which are phase-aligned and summed, forming the output signal of the antenna system. However, the antenna system, unlike the prototype, is an antenna array of identically oriented vector (in a particular case, turnstile) emitters. As in the prototype, the operation of converting the received signals is performed, which is necessary for phasing the antenna in the direction of arrival of the useful signal and solving the problem of matching the receiving antenna by polarization with the useful signal, however, unlike the prototype method, the sublattices are identically identified in the antenna array to receive the converted signals polarized elements and summarize the signals they receive with weights, for which the antenna array is matched in the direction of arrival of the useful signal polarization to the received useful signal, and the arrival directions of the interference level in one sidelobe component vector diagram receive antenna set in a spherical coordinate system, substantially lower than the side lobe level in the orthogonal vector component of the radiation pattern. In contrast to the prototype method, the formation of two reference signals proportional to the tangential components of the incident electromagnetic field generated by the source of the useful signal is carried out by summing the converted signals with the selected weight coefficients. The reference signals are phase-aligned, after which the total and difference signals are formed by adding and subtracting the reference signals, respectively. Then add the sum and difference signals, forming a corrected signal, which is the output signal of the antenna array of identically oriented vector emitters.
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 формированием суммарного сигнала;- the action associated with the formation of the total signal is introduced;
- изменен режим выполнения действий, связанных с формированием преобразованных, разностных сигналов и откорректированных сигналов;- the mode of performing actions related to the formation of converted, difference signals and corrected signals has been changed;
- изменен порядок выполнения действий во времени: выравнивание по фазе осуществляют после формирования опорных сигналов, а затем формируют разностный и суммарный сигналы.- the order of performing actions in time has been changed: phase alignment is carried out after the formation of the reference signals, and then the difference and total signals are formed.
Структурная схема устройства, функционирующего по предлагаемому способу, представлена на фиг.1. На фиг.2 приведены диаграммы направленности кольцевых АР продольных и поперечных вибраторов, полученные после решения скалярных задач синтеза. На фиг.3 приведены временные зависимости полезного и суммарного сигнала. На фиг.4 приведены результаты, иллюстрирующие результаты пространственно-поляризационной обработки сигналов и помех в плоской АР.The structural diagram of a device operating according to the proposed method is presented in figure 1. Figure 2 shows the radiation patterns of ring AR longitudinal and transverse vibrators obtained after solving scalar synthesis problems. Figure 3 shows the time dependence of the useful and total signal. Figure 4 shows the results illustrating the results of spatial polarization processing of signals and noise in a flat AR.
Проведем теоретическое обоснование предлагаемого способа с учетом структурной схемы устройства, представленного на фиг.1.Let's carry out the theoretical justification of the proposed method, taking into account the structural diagram of the device shown in figure 1.
Пусть в качестве приемной антенны радиоканала с сигналами круговой поляризации используется N-элементная АР, излучатели которой представляют собой систему из линейно поляризованных элементов, ориентированных вдоль ортов базиса с координатами x1, x2, x3.Let the N-element AR be used as a receiving antenna of a radio channel with circular polarization signals, the emitters of which are a system of linearly polarized elements oriented along the unit vectors with coordinates x 1 , x 2 , x 3 .
Поскольку электромагнитное поле в дальней зоне передающей антенны источника полезного сигнала имеет поперечную структуру, то вблизи каждого излучателя приемной антенны существуют две составляющие напряженности поля Eθ(t) и Eφ(t), заданные в сферической системе координат. В каждый момент времени t при отсутствии помех составляющие напряженности поля изменяются пропорционально временной зависимости полезного сигнала s0(t), т.е. с точностью до постоянного множителя можно записать следующие выражения:Since the electromagnetic field in the far zone of the transmitting antenna of the source of the useful signal has a transverse structure, there are two components of the field strength E θ (t) and E φ (t) defined in the spherical coordinate system near each emitter of the receiving antenna. At each time t in the absence of interference, the field strength components change in proportion to the time dependence of the useful signal s 0 (t), i.e. up to a constant factor, the following expressions can be written:
где а(n) - коэффициент пропорциональности, учитывающий ослабление радиосигнала в свободном пространстве и положение фазового центра n-го излучателя (n=1,2,...,N); i - мнимая единица; знак «+» или «-» определяется направлением вращения поляризационного эллипса полезного сигнала (в дальнейшем будем полагать, что используется знак «+»).where a (n) is the coefficient of proportionality, taking into account the attenuation of the radio signal in free space and the position of the phase center of the nth emitter (n = 1,2, ..., N); i is the imaginary unit; the “+” or “-” sign is determined by the direction of rotation of the polarizing ellipse of the useful signal (in the future we will assume that the “+” sign is used).
При наличии помех составляющие напряженности поля можно представить без учета шумов в виде:In the presence of interference, the components of the field strength can be represented without noise in the form of:
где nθ(t) и nφ(t) определяют временную зависимость суммарного сигнала помехи, a b(n) - пространственное запаздывание сигнала помехи от излучателя к излучателю.where n θ (t) and n φ (t) determine the time dependence of the total interference signal, ab (n) is the spatial delay of the interference signal from the emitter to the emitter.
В соответствии с [8, 9] сферическая система координат и базис qm связаны между собой оператором преобразования систем координатIn accordance with [8, 9], the spherical coordinate system and the basis q m are interconnected by the coordinate system transformation operator
где греческий индекс «ν» соответствует сферической системе координат.where the Greek index "ν" corresponds to a spherical coordinate system.
Например, если в качестве базиса qm используется декартовая система координат, то оператор имеет вид:For example, if the Cartesian coordinate system is used as the basis q m , then the operator has the form:
Следует отметить, что контрвариантный тензор (т.е. оператор для обратного преобразования систем координат) в данном случае может быть получен путем транспонирования матрицы (3) [9].It should be noted that the contravariant tensor (ie, the operator for the inverse transformation of coordinate systems) in this case can be obtained by transposing the matrix (3) [9].
С использованием данных обозначений на выходе каждого линейно поляризованного элемента приемной антенны получим ЭДС, определяемую выражением вида:Using these notations at the output of each linearly polarized element of the receiving antenna, we obtain the EMF determined by an expression of the form:
где - волновое сопротивление соответствующей линейно поляризованной антенны с учетом ее положения в составе АР при ее возбуждении той или иной составляющей падающего поля.Where - wave impedance of the corresponding linearly polarized antenna, taking into account its position in the composition of the AR when it is excited by one or another component of the incident field.
АР позволяет обеспечить взвешенное суммирование принимаемых сигналов (4). Данное преобразование может быть записано в виде:AR allows you to provide a balanced summation of the received signals (4). This transformation can be written as:
В соответствии со способом-прототипом операция формирования опорных сигналов состоит в обратном преобразовании систем координат, определяемых контрвариантным тензором . С учетом выражений (2) и (5) эта операция определяется выражениями вида:In accordance with the prototype method, the operation of generating reference signals consists in the inverse transformation of coordinate systems defined by the contravariant tensor . Given the expressions (2) and (5), this operation is determined by expressions of the form:
Выражения (6) и (7) можно трактовать следующим образом. Уровень полезного сигнала в приемной антенной решетке зависит от выбора весовых коэффициентов, с которыми суммируются сигналы отдельных излучателей антенной решетки. Так, в случае линейной или плоской антенной решетки максимальный уровень сигнала достигается при равномерном возбуждении излучателей, сфазированных в направлении прихода полезного сигнала. Однако при этом диаграмма направленности приемной антенной решетки характеризуется высоким уровнем боковых лепестков. Если помеха действует с направления, в котором ориентирован первый боковой лепесток, то это может привести к нарушению радиосвязи. Для снижения уровня боковых лепестков можно использовать другие весовые коэффициенты, но это приведет к некоторому уменьшению уровня полезного сигнала на выходе антенной решетки. Рассматриваемая антенна состоит из двух подрешеток, у которых фазовые центры излучателей совпадают. Это позволяет, выбирая различные весовые коэффициенты в подрешетках, получать для каждой из них свой коэффициент передачи полезного сигнала Аν и свой коэффициент передачи Вν для помехи. Фактически, значения коэффициентов Аν и Bν представляют собой значения ненормированной ν-компоненты диаграммы направленности приемной антенной решетки (ν=θ, φ) в направлениях полезного сигнала и помехи соответственно.Expressions (6) and (7) can be interpreted as follows. The level of the useful signal in the receiving antenna array depends on the choice of weight coefficients with which the signals of the individual radiators of the antenna array are summed. So, in the case of a linear or flat antenna array, the maximum signal level is achieved with uniform excitation of emitters phased in the direction of arrival of the useful signal. However, the radiation pattern of the receiving antenna array is characterized by a high level of side lobes. If the interference acts from the direction in which the first side lobe is oriented, this can lead to radio communication failure. To reduce the level of the side lobes, you can use other weights, but this will lead to some decrease in the level of the useful signal at the output of the antenna array. The antenna under consideration consists of two sublattices in which the phase centers of the emitters coincide. This makes it possible, by choosing different weighting coefficients in the sublattices, to obtain for each of them its own transmission coefficient of the useful signal A ν and its transmission coefficient B ν for interference. In fact, the values of the coefficients A ν and B ν are the values of the unnormalized ν component of the radiation pattern of the receiving antenna array (ν = θ, φ) in the directions of the useful signal and interference, respectively.
В соответствии с предлагаемым способом после формирования опорных сигналов необходимо осуществить их операцию выравнивания по фазе. Для этого в соответствии с выбранным направлением вращения поляризационного эллипса задержим сигнал uφ(t) на четверть периода несущего колебания.In accordance with the proposed method, after the formation of the reference signals, it is necessary to carry out their phase alignment operation. To do this, in accordance with the selected direction of rotation of the polarization ellipse, we delay the signal u φ (t) by a quarter of the period of the carrier oscillation.
После выполнения фазовой задержки найдем суммарный и разностный сигналы:After performing the phase delay, we find the total and difference signals:
Если весовые коэффициенты выбраны таким образом, что , то разностный сигнал может быть записан в виде:If weights selected so that , then the difference signal can be written as:
Для формирования откорректированного сигнала необходимо сложить суммарный и разностный сигналы. Результат данной операции с учетом выражений (8) и (10) может быть записан в виде:To form the corrected signal, it is necessary to add the sum and difference signals. The result of this operation, taking into account expressions (8) and (10), can be written in the form:
Полученное выражение показывает, что при реализации предложенного способа в выходной сигнал антенны вносит вклад лишь одна компонента принимаемой помехи.The resulting expression shows that when implementing the proposed method, only one component of the received interference contributes to the output signal of the antenna.
Следует отметить, что если при формировании разностного сигнала поменять местами уменьшаемое и вычитаемое (или вместо сложения суммарного и разностного сигналов вычесть из суммарного сигнала разностный), то компенсированный сигнал будет иметь вид:It should be noted that if during the formation of the difference signal, interchange the decremented and subtracted (or instead of adding the total and difference signals, subtract the difference signal from the total signal), then the compensated signal will have the form:
Заметим, что в существующих антеннах, с которыми следует сопоставлять предлагаемый способ подавления помех, выходной сигнал описывается выражением (8). Для максимального ослабления помех в существующих антеннах необходимо совместно обеспечить максимумы коэффициентов передачи Aθ, Aφ и минимумы Bθ, Вφ. Данная задача решается за счет выбора весовых коэффициентов Однако сформулированные требования являются противоречивыми: максимумы коэффициентов передачи Aθ, Aφ обеспечиваются при равномерном возбуждении излучателей, сфазированных в направлении полезного сигнала, а снижение коэффициентов передачи Bθ, Bφ - например, при использовании спадающих к краям раскрыва амплитудных распределениях Указанные факторы ограничивают возможности повышения помехоустойчивости радиоэлектронных средств на основе методов пространственной селекции [10].Note that in existing antennas with which the proposed method for suppressing interference should be compared, the output signal is described by expression (8). To minimize interference in existing antennas, it is necessary to jointly provide the maximum transmission coefficients A θ , A φ and the minimum B θ , B φ . This problem is solved by choosing weights However, the formulated requirements are contradictory: the maximum transmission coefficients A θ , A φ are provided when the emitters phased in the direction of the useful signal are uniformly excited, and the transmission coefficients B θ , B φ are reduced, for example, when amplitude distributions falling to the edges of the aperture are used These factors limit the possibility of increasing the noise immunity of electronic equipment based on spatial selection methods [10].
Использование предлагаемого способа позволяет упростить задачу борьбы с помехами, поскольку ослабление помех требуется лишь в одной компоненте векторной диаграммы направленности. В другой компоненте необходимо обеспечить максимальный коэффициент передачи (максимальный коэффициент направленного действия) для полезного сигнала.Using the proposed method allows to simplify the task of combating interference, since noise reduction is required in only one component of the vector radiation pattern. In another component, it is necessary to provide a maximum transmission coefficient (maximum directional coefficient) for the desired signal.
Если ослабление помех осуществляется в той ν-компоненте векторной диаграммы направленности, в которой воздействие помех проявляется в меньшей степени, то и снижение соответствующего коэффициента передачи Аν будет минимальным.If interference attenuation is carried out in that ν-component of the vector radiation pattern, in which the interference effect is manifested to a lesser extent, then the reduction of the corresponding transfer coefficient A ν will be minimal.
Эти факторы являются основой для получения выигрыша в помехоустойчивости при реализации предлагаемого способа.These factors are the basis for obtaining a gain in noise immunity when implementing the proposed method.
Для достижения выигрыша необходимо соответствующим образом выбрать весовые коэффициенты To achieve a win, it is necessary to choose weights accordingly
Пусть компенсированный сигнал антенной решетки определяется выражением (11). При этом необходимо понизить уровень боковых лепестков в θ-компоненте. Компонента φ-векторной диаграммы направленности должна иметь максимальный коэффициент направленного действия. В связи с этим для определения весовых коэффициентов сформулируем и решим задачу векторного синтеза в следующей постановке.Let the compensated signal of the antenna array is determined by the expression (11). In this case, it is necessary to lower the level of side lobes in the θ component. The component of the φ-vector radiation pattern should have a maximum directional coefficient. In this regard, to determine the weight coefficients we formulate and solve the vector synthesis problem in the following statement.
Найти весовые коэффициенты (комплексные амплитуды возбуждения излучателей антенной решетки), обеспечивающие минимум среднеквадратического отклонения синтезированных компонент векторной диаграммы направленности от компонент заданной диаграммы направленности, описываемых выражениями вида:Find weights (complex amplitudes of the excitation of the emitters of the antenna array), providing a minimum standard deviation of the synthesized components of the vector radiation pattern from the components of a given radiation pattern described by expressions of the form:
при ограниченииwhile limiting
где (θ0, φ0) - направление прихода полезного сигнала; (xn, yn, zn) - координаты фазового центра n-го излучателя; Аn (n=1,2,...,N) - амплитуды возбуждения изотропных точечных излучателей антенной решетки, при которых обеспечивается требуемое снижение уровня боковых лепестков и выполнение ограничения (15).where (θ 0 , φ 0 ) is the direction of arrival of the useful signal; (x n , y n , z n ) - coordinates of the phase center of the nth emitter; And n (n = 1,2, ..., N) are the excitation amplitudes of isotropic point emitters of the antenna array, at which the required decrease in the level of side lobes and the fulfillment of constraint (15) are ensured.
Для выбранного базиса qm, вдоль ортов которого ориентированы линейно поляризованные элементы излучателей АР, требования к заданной диаграмме направленности могут быть записаны в виде:For the selected basis q m , along the unit vectors of which linearly polarized elements of the emitters of the AR are oriented, the requirements for a given radiation pattern can be written in the form:
Если базис qm является ортогональным, а конфигурация антенны такова, что возбуждение подрешетки из идентично поляризованных элементов излучателей не приводит к возбуждению других подрешеток, то исходная задача векторного синтеза сводится к независимому решению скалярных задач синтеза антенных решеток, которые могут быть представлены в виде систем линейных алгебраических уравнений вида:If the basis q m is orthogonal, and the antenna configuration is such that excitation of the sublattice of identically polarized elements of the emitters does not lead to the excitation of other sublattices, then the initial vector synthesis problem reduces to the independent solution of scalar synthesis problems for antenna arrays, which can be represented as linear systems algebraic equations of the form:
где fm(n)(θ, φ) - диаграмма направленности линейно поляризованного элемента, ориентированного вдоль орта еm базиса qm, n-го излучателя.where f m (n) (θ, φ) is the directivity pattern of a linearly polarized element oriented along the unit vector ε m of the basis q m , of the nth emitter.
Решение каждой из подобных систем уравнений может быть получено любым из известных методов, например методом наименьших квадратов:The solution to each of these systems of equations can be obtained by any of the known methods, for example, the least squares method:
гдеWhere
Если базис qm не является ортогональным, решение задачи синтеза может быть найдено с использованием метода [11].If the basis q m is not orthogonal, a solution to the synthesis problem can be found using the method [11].
Кроме того, для определения весовых коэффициентов могут использоваться и другие методы, например методы адаптации и энергетической оптимизации, которые позволяют сформировать «нули» в одной из компонент векторной диаграммы направленности.In addition, to determine the weights other methods can be used, for example, adaptation and energy optimization methods, which allow the formation of “zeros” in one of the components of the vector radiation pattern.
Работа устройства, функционирующего по предложенному способу, может быть проиллюстрирована с помощью фиг.1.The operation of the device operating according to the proposed method can be illustrated using figure 1.
Смесь полезного сигнала и помехи принимается независимо линейно поляризованными элементами излучателей антенной решетки. Выходные сигналы идентично поляризованных элементов поступают в блоки 1, 2 и 3, где суммируются с ранее выбранными комплексными весовыми коэффициентами, обеспечивающими согласование приемной антенны по поляризации, максимизацию коэффициента направленного действия в одной компоненте векторной диаграммы направленности и требуемое ослабление помех - в другой компоненте.A mixture of useful signal and interference is received by independently linearly polarized elements of the emitters of the antenna array. The output signals of identically polarized elements enter
Полученные в блоках 1, 2 и 3 преобразованные сигналы um поступают в блок 4 формирования опорных сигналов, на выходе которого образуется два выходных сигнала uθ и uφ, которые при отсутствии помех пропорциональны тангенциальным составляющим электромагнитного поля, создаваемого источником полезного сигнала.The converted signals u m obtained in
Полученные сигналы выравниваются по фазе в блоке 5 и используются для формирования суммарного и разностного сигналов в блоках 6 и 7 соответственно.The received signals are phase-aligned in
В блоке 8 осуществляется суммирование суммарного и разностного сигналов, в результате чего формируется откорректированный сигнал , который является выходным сигналом антенны.In block 8, the summation of the total and difference signals is carried out, as a result of which a corrected signal is formed which is the output of the antenna.
В качестве линейно поляризованных элементов излучателей АР могут использоваться линейные антенны: электрические симметричные и несимметричные вибраторы, щелевые антенны. Данные антенны должны управляться независимо и, например, могут образовывать излучатели из двух или трех ортогонально поляризованных элементов с совмещенными фазовыми центрами. К таким антеннам, в частности, относятся скрещенные ортогональные вибраторы в свободном пространстве или над металлическим экраном.Linear antennas can be used as linearly polarized elements of AR emitters: electric symmetric and asymmetric vibrators, slot antennas. These antennas must be independently controlled and, for example, can form emitters of two or three orthogonally polarized elements with combined phase centers. Such antennas, in particular, include crossed orthogonal vibrators in free space or above a metal screen.
На фиг.1 антенная решетка состоит из трех подрешеток, т.е. в состав излучателя входят три ортогональных независимо управляемых линейных антенны. В частных случаях число независимо управляемых линейных антенн в составе излучателя может быть две и более.In Fig. 1, the antenna array consists of three sublattices, i.e. The emitter includes three orthogonal independently controlled linear antennas. In special cases, the number of independently controlled linear antennas in the emitter may be two or more.
Блоки 1, 2 и 3 формирования преобразованных сигналов представляют собой несколько схем суммирования выходных сигналов в подрешетках идентично поляризованных элементов излучателей. В настоящее время известен целый ряд схем суммирования [12], которые содержат сумматоры и фазовращатели, а также аттенюаторы или СВЧ-усилители в случае реализации активной фазированной антенной решетки.
Блок 4 формирования опорных сигналов может быть аналогично прототипу [7]. Данный блок представляет собой устройство взвешенного суммирования, которое может быть реализовано либо на несущей частоте антенны, либо после выполнения операции гетеродинирования.Block 4 of the formation of the reference signals can be similar to the prototype [7]. This block is a weighted summation device, which can be implemented either on the carrier frequency of the antenna, or after performing the heterodyning operation.
Блок 5 выравнивания по фазе опорных сигналов содержит неуправляемый фазовращатель на π/2. Данный фазовращатель обеспечивает задержку одного из опорных сигналов в зависимости от направления вращения поляризационного эллипса полезного сигнала.
Блоки 6 и 8 формирования суммарного и откорректированного сигналов представляют собой сумматоры на два входа.Blocks 6 and 8 of the formation of the total and corrected signals are adders for two inputs.
Блок 7 содержит сумматор и инвертор, в качестве последнего может использоваться любой инвертирующий радиоэлектронный элемент, например транзисторный каскад.Block 7 contains an adder and an inverter, the last can be any inverting electronic element, for example a transistor cascade.
Таким образом, устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит из стандартных блоков, выполнение которых описано в известной литературе.Thus, a device that implements the proposed method consists of standard units, the implementation of which is described in the known literature.
Для оценки эффективности предлагаемого способа были проведены численные исследования, в ходе которых оценивалась величина отношения сигнал помеха на выходе существующей антенной решетки и на выходе предлагаемого компенсатора помех. Были рассмотрены два варианта построения антенной решетки.To assess the effectiveness of the proposed method, numerical studies were carried out, during which the value of the signal-to-noise ratio was evaluated at the output of the existing antenna array and at the output of the proposed interference compensator. Two options for constructing an antenna array were considered.
В первом случае предлагаемый способ был реализован для кольцевой антенной решетки крестообразных электрических вибраторов, размещенных на боковой поверхности идеально проводящего бесконечного кругового цилиндра радиуса 5λ. Каждый излучатель состоит из двух независимо управляемых вибраторов, первый из которых ориентирован вдоль образующей цилиндра, а второй - лежит в поперечной плоскости цилиндра. Кольцо рассматриваемой антенной решетки содержит N=64 излучателя, размещенных равномерно. Для реализации предлагаемого способа подавления помех были решены две скалярные задачи синтеза кольцевых антенных решеток (АР) продольных и поперечных вибраторов по заданным диаграммам направленности вида (13)-(15).In the first case, the proposed method was implemented for an annular antenna array of cruciform electric vibrators placed on the side surface of a perfectly conducting infinite circular cylinder of radius 5λ. Each emitter consists of two independently controlled vibrators, the first of which is oriented along the generatrix of the cylinder, and the second lies in the transverse plane of the cylinder. The ring of the antenna array under consideration contains N = 64 emitters placed evenly. To implement the proposed method for suppressing interference, two scalar problems of synthesis of ring antenna arrays (AR) of longitudinal and transverse vibrators according to given radiation patterns of the form (13) - (15) were solved.
На фиг.2 представлены диаграммы направленности кольцевых АР продольных и поперечных вибраторов, полученные после решения скалярных задач синтеза. Кривая 1 соответствует ДН кольцевой АР продольных вибраторов, кривая 2 - АР поперечных вибраторов.Figure 2 presents the radiation patterns of the ring AR longitudinal and transverse vibrators obtained after solving scalar synthesis problems.
Предположим теперь, что кольцевая АР принимает гармонический сигнал круговой поляризации S0(t) на рабочей частоте антенны ω0.Now suppose that the ring AR receives a harmonic signal of circular polarization S 0 (t) at the operating frequency of the antenna ω 0 .
С трех направлений действуют линейно поляризованные несинфазные гармонические помехи на частотах 0,95ω0, 0,99ω0 и 1,1ω0 соответственно. Углы наклонов поляризационных эллипсов помех соответственно равны α=10°, α=60° и α=90°. Амплитуды помеховых сигналов в 10, 8 и 6 раз соответственно превышают уровень полезного сигнала s0(t). Фазы каждого из помеховых сигналов равны: -36°, 108° и 216°. При проведении численных исследований предполагалось, что уровень тепловых шумов составляет 0,01 от уровня полезного сигнала.From three directions linearly polarized out-of-phase harmonic interference at frequencies of 0.95ω 0 , 0.99ω 0 and 1.1ω 0, respectively. The slope angles of the polarization interference ellipses are respectively α = 10 °, α = 60 ° and α = 90 °. The amplitudes of the interfering signals are 10, 8, and 6 times, respectively, higher than the level of the useful signal s 0 (t). The phases of each of the interfering signals are equal to -36 °, 108 ° and 216 °. When conducting numerical studies, it was assumed that the level of thermal noise is 0.01 from the level of the useful signal.
В существующих антеннах круговой поляризации выполняется синфазное суммирование ортогональных составляющих принимаемого сигнала, что соответствует вычислению суммарного сигнала , описываемого выражением (8).In existing circular polarization antennas, in-phase summation of the orthogonal components of the received signal is performed, which corresponds to the calculation of the total signal described by expression (8).
На фиг.3 приведены временные зависимости полезного и суммарного сигнала. На второй диаграмме видно, что воздействие нескольких помех, превышающих уровень полезного сигнала в несколько раз, приводит к паразитной модуляции полезного сигнала. Этот эффект характерен для случая воздействия помех, отличающихся от частоты полезного сигнала. В случае, когда помехи действуют на частоте рабочего сигнала, возможны фазовые ошибки, что показано в работе [13].Figure 3 shows the time dependence of the useful and total signal. The second diagram shows that the effect of several interference, several times higher than the level of the useful signal, leads to spurious modulation of the useful signal. This effect is typical for the case of interference other than the frequency of the useful signal. In the case when the interference acts on the frequency of the working signal, phase errors are possible, as shown in [13].
В соответствии с предлагаемым способом суммарный сигнал должен складываться с разностным сигналом (выражение (9)). Зависимость получаемого выходного сигнала для рассматриваемой помеховой обстановки приведена на третьей диаграмме фиг.3. Как видно из результатов, приведенных на фиг.3, выполненная операция позволила значительно уменьшить глубину паразитной модуляции.In accordance with the proposed method, the total signal should be added to the difference signal (expression (9)). The dependence of the received output signal for the considered interference environment is shown in the third diagram of figure 3. As can be seen from the results shown in figure 3, the performed operation allowed to significantly reduce the depth of spurious modulation.
Степень уменьшения ошибок характеризует четвертая диаграмма на фиг.3, на которой приведены результаты сравнения выходных сигналов обычной и предлагаемой антенн (кривые 1 и 2) с полезным сигналом.The degree of error reduction is characterized by the fourth diagram in figure 3, which shows the results of comparing the output signals of the conventional and proposed antennas (
Для рассматриваемого примера выигрыш в отношении сигнал/помеха составил более чем 17 раз, однако его величина зависит от направления прихода помех. Если аналогичные помехи действуют с направлений, близких к направлениям ориентации первых боковых лепестков, то величина выигрыша уменьшалась до 4,7 раз. Такие существенные отличия обусловлены тем, что эффективность предлагаемого алгоритма пространственно-поляризационной обработки зависит от глубины подавления помех в одной из компонент векторной диаграммы направленности. Это позволяет сделать вывод о том, что при формировании требований к диаграмме направленности антенной решетки необходимо использовать всю имеющуюся информацию об ориентации и мощности помех, а также их временных характеристиках. Наличие априорной информации о помехах позволяет использовать не только методы синтеза для формирования компонент векторной диаграммы направленности, но и методы энергетической оптимизации и адаптации.For the considered example, the gain in the signal / interference ratio was more than 17 times, however, its value depends on the direction of arrival of the interference. If similar interference acts from directions close to the orientation directions of the first side lobes, then the gain is reduced to 4.7 times. Such significant differences are due to the fact that the effectiveness of the proposed spatial-polarization processing algorithm depends on the depth of noise suppression in one of the components of the vector radiation pattern. This allows us to conclude that when forming requirements for the antenna array radiation pattern, it is necessary to use all available information about the orientation and power of the interference, as well as their temporal characteristics. The presence of a priori information on interference allows using not only synthesis methods to form components of the vector radiation pattern, but also energy optimization and adaptation methods.
В качестве второго примера была рассмотрена реализация предлагаемого варианта обработки сигналов в плоской антенной решетке крестообразных вибраторов.As a second example, the implementation of the proposed signal processing option in a flat antenna array of cruciform vibrators was considered.
Плоская антенная решетка состояла из 8×8 излучателей, размещенных в узлах прямоугольной сетки с шагом 0,52λ. Каждый излучатель представляет собой совокупность взаимно ортогональных горизонтальных симметричных электрических полуволновых вибраторов, размещенных над бесконечным металлическим экраном на высоте 0,25λ.The flat antenna array consisted of 8 × 8 emitters placed in nodes of a rectangular grid with a step of 0.52λ. Each emitter is a set of mutually orthogonal horizontal symmetric electric half-wave vibrators placed above an endless metal screen at a height of 0.25λ.
Пусть полезный сигнал круговой поляризации приходит с направления θ0=24°, φ0=-126°. На антенную решетку воздействуют три помехи, характеристики которых совпадают с рассмотренными выше для кольцевой решетки, а направления прихода соответственно равны: (3°, 180°), (57°, -6°) и (30°, 114°).Let the useful signal of circular polarization come from the direction θ 0 = 24 °, φ 0 = -126 °. Three interference acts on the antenna array, the characteristics of which coincide with those discussed above for the annular array, and the arrival directions are respectively equal (3 °, 180 °), (57 °, -6 °) and (30 °, 114 °).
При формировании компонент заданной диаграммы направленности были использованы две реализуемые диаграммы направленности антенной решетки изотропных излучателей вида (13)-(15): антенной решетки, возбуждаемой равномерно (φ-компонента), и решетки, в раскрыве которой использовано спадающее к краям раскрыва по закону «косинус» амплитудное распределение (θ-компонента).In the formation of the components of the given radiation pattern, two realizable radiation patterns of the antenna array of isotropic emitters of the form (13) - (15) were used: an antenna array uniformly excited (φ component), and an array in the aperture of which the aperture decaying to the edges was used according to the law cosine "amplitude distribution (θ-component).
Снижение уровня боковых лепестков в одной из компонент векторной диаграммы направленности является более выгодным с энергетической точки зрения, чем использование обычного управления диаграммой направленности решетки. Это следует из выражений (11) и (12) для откорректированного сигнала , в которые входят коэффициенты передачи антенны для ортогональных составляющих полезного сигнала. При подавлении боковых лепестков в обеих компонентах происходит одновременное снижение коэффициентов передачи Аν. В соответствии с предлагаемым способом происходит снижение только одного коэффициента передачи.Reducing the level of side lobes in one of the components of the vector radiation pattern is more advantageous from an energy point of view than using the usual control of the radiation pattern of the grating. This follows from expressions (11) and (12) for the corrected signal , which include the antenna gain for the orthogonal components of the desired signal. When suppressing the side lobes in both components, a simultaneous decrease in the transmission coefficients A ν occurs. In accordance with the proposed method, there is a decrease in only one transmission coefficient.
Так, максимальный коэффициент направленного действия синтезированной антенной решетки при выборе в качестве обеих компонент заданной диаграммы направленности равномерно возбуждаемой антенной решетки составил 150. При снижении уровня боковых лепестков за счет использования в излучателях косинусного распределения коэффициент направленного действия уменьшился до 98. При решении задачи синтеза антенной решетки с различными требованиями к компонентам заданной диаграммы направленности был получен коэффициент направленного действия, равный 118. Это означает, что энергетический выигрыш в предлагаемой антенной решетке, функционирующей в условиях помех, по сравнению с антенной решеткой с пониженным уровнем боковых лепестков составил почти 15%. При этом используемый в настоящее время метод пространственной селекции обеспечил бы снижение уровня первого бокового лепестка на 10 дБ, что приблизительно обеспечивает десятикратное ослабление помех.Thus, the maximum directional coefficient of the synthesized antenna array when both of the components of the given radiation pattern was chosen to be a uniformly excited antenna array was 150. When the side lobes were reduced due to the use of cosine distribution emitters, the directional coefficient decreased to 98. When solving the antenna array synthesis problem with different requirements for the components of a given radiation pattern, a directional coefficient of ny 118. This means that the energy gain of the proposed antenna array operating in noisy environments, as compared with the array antenna with reduced side lobes of almost 15%. At the same time, the spatial selection method currently used would provide a decrease in the level of the first side lobe by 10 dB, which approximately provides a tenfold reduction in interference.
Отличия уровней боковых лепестков компонент синтезированной диаграммы направленности позволяют реализовать предлагаемый способ компенсации помех. На фиг.4 приведены результаты, иллюстрирующие результаты пространственно-поляризационной обработки сигналов и помех в рассматриваемой плоской АР. Обозначения на данном рисунке совпадают с введенными ранее на фиг.3.The differences in the levels of the side lobes of the components of the synthesized radiation pattern allow us to implement the proposed method of noise compensation. Figure 4 shows the results illustrating the results of spatial polarization processing of signals and interference in the considered flat AR. The designations in this figure coincide with those introduced earlier in FIG. 3.
В данном случае помехи располагались в области первых боковых лепестков, что обусловило не столь высокий выигрыш в отношении сигнал/помеха по сравнению с предыдущими результатами. В данном случае величина выигрыша составила 6 раз.In this case, the interference was located in the region of the first side lobes, which caused a not so high gain in the signal / noise ratio compared to the previous results. In this case, the gain was 6 times.
Следует также отметить, что близкое размещение помех в первом примере позволяет рассматривать выбранную совокупность линейно поляризованных помех как одну эквивалентную помеху эллиптической поляризации или как частично поляризованную помеху. В данном примере помехи размещены на относительно больших угловых расстояниях, поэтому можно говорить о компенсации неполяризованных помех.It should also be noted that the close arrangement of interference in the first example allows us to consider the selected set of linearly polarized interference as one equivalent interference of elliptical polarization or as a partially polarized interference. In this example, the interference is located at relatively large angular distances, so we can talk about compensation for non-polarized interference.
Сопоставляя полученные численные оценки, можно сделать следующий вывод. Предлагаемая компенсация помех позволяет добиться примерно такого же уровня ослабления помех, как и в антенной решетке с безлепестковой диаграммы направленности, но при меньших потерях в энергетике радиоканала. Данный выигрыш заметен даже при использовании методов синтеза антенных решеток. При использовании других методов (адаптации и энергетической оптимизации) пространственно-поляризационная обработка позволит обеспечить компенсацию одиночных произвольно поляризованных помех при практически полном сохранении энергетического потенциала радиоканала.Comparing the obtained numerical estimates, we can draw the following conclusion. The proposed interference compensation allows us to achieve approximately the same level of noise reduction as in the antenna array with a beamless radiation pattern, but with less loss in the energy of the radio channel. This gain is noticeable even when using methods of synthesis of antenna arrays. When using other methods (adaptation and energy optimization), spatial-polarization processing will make it possible to compensate for single arbitrarily polarized interference while maintaining almost complete energy potential of the radio channel.
Таким образом, введение новых действий, изменение режима выполнения и порядка выполнения во времени известных действий, обеспечивающих реализацию предлагаемого способа, позволяют достичь повышения отношения сигнал/помеха при приеме электромагнитной волны круговой поляризации антенной решеткой идентично ориентированных векторных излучателей за счет подавления помех, в том числе и подобных по спектру полезному сигналу, в широком секторе углов и при сохранении энергетического потенциала радиолинии.Thus, the introduction of new actions, changing the execution mode and the execution order in time of the known actions that ensure the implementation of the proposed method, allow to achieve an increase in the signal-to-noise ratio when receiving an electromagnetic wave of circular polarization by an antenna array of identically oriented vector emitters by suppressing interference, including and similar spectrum useful signal, in a wide sector of angles and while maintaining the energy potential of the radio line.
Источники информацииInformation sources
1. Ли У. Техника подвижных систем связи: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1985. - С.357-373.1. Lee W. Technique of mobile communication systems: TRANS. from English - M .: Radio and communications, 1985. - S.357-373.
2. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ / Под ред. У.К.Джейса. Пер. с англ. Под ред. М.С.Ярлыкова и М.В.Чернякова. - М.: Связь, 1979. - 520 с.2. Communication with moving objects in the microwave range / Ed. W.C.Jays. Per. from English Ed. M.S. Yarlykova and M.V. Chernyakova. - M .: Communication, 1979. - 520 p.
3. Бабейко А.Л., Бовкун В.П., Брауде С.Я., Мень А.В., Сергиенко Ю.Ю. Интерферометр декаметрового диапазона радиоволн УРАН-1. - В кн.: Антенны. Под ред. А.П.Пистолькорса. - М.: Связь, 1979, вып.26, С.121-134.3. Babeyko A.L., Bovkun V.P., Braude S.Ya., Men A.V., Sergienko Yu.Yu. URAN-1 decameter wavelength interferometer. - In the book: Antennas. Ed. A.P. Pistolkors. - M .: Communication, 1979, issue 26, S.121-134.
4. Авт. Свид. 1376146 (СССР). Фазированная антенная решетка с круговой поляризацией поля / Э.П.Абракин, Л.Л.Базеян и А.И.Браженко // 1988, БИ. №7.4. Auth. Testimonial. 1376146 (USSR). Phased array antenna with circular polarization of the field / E.P. Abrakin, L.L. Bazeyan and A.I. Brazhenko // 1988, BI. Number 7.
5. Балзовский Е.В., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Векторная приемная антенна для измерения поляризационной структуры сверхширокополосных электромагнитных импульсов // Радиотехника и электроника, 2005, Т.50, №8, С.863-872.5. Balzovsky EV, Buyanov Yu.I., Koshelev V.I. Vector receiving antenna for measuring the polarization structure of ultra-wideband electromagnetic pulses // Radio Engineering and Electronics, 2005, T.50, No. 8, S.863-872.
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 pp.
7. 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 3/26.7. 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 - H01Q 3/26.
8. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). - М.: Наука, 1973, 832 с.8. Korn G., Korn T. Handbook of mathematics (for scientists and engineers). - M .: Nauka, 1973, 832 p.
9. Рашевский П.K. Риманова геометрия и тензорный анализ. - М.: Наука, 1967, 664 с.9. Rashevsky P.K. Riemannian geometry and tensor analysis. - M .: Nauka, 1967, 664 p.
10. Защита от радиопомех / Под редакцией Максимова М.В. - М.: Сов. Радио, 1976, 496 с.10. Protection against radio interference / Edited by Maksimov MV - M .: Owls. Radio, 1976, 496 p.
11. Мищенко С.Е. Метод синтеза выпуклой антенной решетки по заданной векторной диаграмме направленности // Радиотехника, 2006, №1.11. Mishchenko S.E. The method of synthesis of a convex antenna array according to a given vector radiation pattern // Radio Engineering, 2006, No. 1.
12. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1994. - 592 с.12. Antennas and microwave devices. Design of phased antenna arrays / Ed. D.I. Voskresensky. - M.: Radio and Communications, 1994 .-- 592 p.
13. Землянский С.В., Мищенко С.Е., Мищенко Е.Н., Шацкий В.В. Способ подавления линейно поляризованных помех при приеме электромагнитной волны круговой поляризации // Радиотехника, №1, 2006, с.5-15.13. Zemlyansky S.V., Mishchenko S.E., Mishchenko E.N., Shatsky V.V. A method of suppressing linearly polarized interference when receiving an electromagnetic wave of circular polarization // Radio engineering, No. 1, 2006, S. 5-15.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006142993/09A RU2330356C1 (en) | 2006-12-04 | 2006-12-04 | Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006142993/09A RU2330356C1 (en) | 2006-12-04 | 2006-12-04 | Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2330356C1 true RU2330356C1 (en) | 2008-07-27 |
Family
ID=39811178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006142993/09A RU2330356C1 (en) | 2006-12-04 | 2006-12-04 | Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2330356C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2380799C1 (en) * | 2008-08-22 | 2010-01-27 | Дмитрий Витальевич Татарников | Compact circularly polarised antenna with spread frequency band |
RU2449473C1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-04-27 | Государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Multichannel adaptive radio-receiving device |
RU2449472C1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Multi-channel adaptive radio-receiving device |
RU2535507C2 (en) * | 2012-07-09 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕЛЕКОНТА" | Method to increase throughput capacity of radio line |
RU2575049C1 (en) * | 2012-03-20 | 2016-02-10 | Хуавэй Текнолоджиз Ко., Лтд. | Antenna system, base station system and communication system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002359588A (en) * | 2001-06-01 | 2002-12-13 | Nec Corp | Adaptive antenna receiving device |
US6735182B1 (en) * | 1998-11-19 | 2004-05-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Adaptive array antenna system |
RU2235392C1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-27 | Мищенко Евгений Николаевич | Method for noise suppression when receiving circular- polarization electromagnetic wave by biorthogonal antenna system |
RU2280929C1 (en) * | 2004-12-10 | 2006-07-27 | Ростовский военный институт ракетных войск им. Главного маршала артиллерии Неделина М.И. | Method for noise suppression during reception of circular-polarization electromagnetic wave by biorthogonal antenna assembly |
-
2006
- 2006-12-04 RU RU2006142993/09A patent/RU2330356C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6735182B1 (en) * | 1998-11-19 | 2004-05-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Adaptive array antenna system |
JP2002359588A (en) * | 2001-06-01 | 2002-12-13 | Nec Corp | Adaptive antenna receiving device |
RU2235392C1 (en) * | 2003-01-23 | 2004-08-27 | Мищенко Евгений Николаевич | Method for noise suppression when receiving circular- polarization electromagnetic wave by biorthogonal antenna system |
RU2280929C1 (en) * | 2004-12-10 | 2006-07-27 | Ростовский военный институт ракетных войск им. Главного маршала артиллерии Неделина М.И. | Method for noise suppression during reception of circular-polarization electromagnetic wave by biorthogonal antenna assembly |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2380799C1 (en) * | 2008-08-22 | 2010-01-27 | Дмитрий Витальевич Татарников | Compact circularly polarised antenna with spread frequency band |
RU2449472C1 (en) * | 2011-04-01 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Multi-channel adaptive radio-receiving device |
RU2449473C1 (en) * | 2011-04-14 | 2012-04-27 | Государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Multichannel adaptive radio-receiving device |
RU2575049C1 (en) * | 2012-03-20 | 2016-02-10 | Хуавэй Текнолоджиз Ко., Лтд. | Antenna system, base station system and communication system |
RU2535507C2 (en) * | 2012-07-09 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕЛЕКОНТА" | Method to increase throughput capacity of radio line |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Morgan | Partially adaptive array techniques | |
Jackson et al. | Direction of arrival estimation using directive antennas in uniform circular arrays | |
US8427370B2 (en) | Methods and apparatus for multiple beam aperture | |
Nusenu et al. | Frequency diverse array antennas: From their origin to their application in wireless communication systems | |
US20210050668A1 (en) | Wireless communication device and wireless communication method | |
RU2330356C1 (en) | Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators | |
Enahoro et al. | Massive multiple-input multiple-output antenna architecture for multiband 5G adaptive beamforming applications | |
EP0098339A1 (en) | An adaptive system for the attenuation of an intentional disturbance applied to a phased array type radar with mechanical scanning | |
Khzmalyan et al. | The phase-only shaping and adaptive nulling of an amplitude pattern | |
Jie et al. | Propagation model for UCA-based OAM communications in six-ray canyon channels | |
RU2280929C1 (en) | Method for noise suppression during reception of circular-polarization electromagnetic wave by biorthogonal antenna assembly | |
RU2366047C1 (en) | Adaptive antenna array | |
Okorogu et al. | Design and simulation of a low cost digital beamforming (DBF) receiver for wireless communication | |
RU2235392C1 (en) | Method for noise suppression when receiving circular- polarization electromagnetic wave by biorthogonal antenna system | |
Okkonen | Uniform linear adaptive antenna array beamforming implementation with a wireless open-access research platform | |
ZAKI et al. | Implementation of adaptive antenna array for ground station tracking system | |
RU2609792C1 (en) | Method of processing signals in modular adaptive antenna array during reception of correlated signals and interference | |
RU2301483C1 (en) | Method for suppressing randomly polarized interference in receiving circular-polarization electromagnetic wave by adaptive antenna array | |
Okorochkov et al. | The spatial separation of signals by the curvature of the wave front | |
RU2368041C1 (en) | Method for suppression of noises in reception of electromagnet wave of circular polarisation by biorthogonal antenna system | |
RU2777692C1 (en) | Method for processing signals in an adaptive antenna array when receiving correlated signals and interference | |
Аvdeyenko et al. | Efficiency of spatial signal processing in wireless communications | |
NL2035700B1 (en) | Multiple beamforming networks for array antennas with interference mitigation functionality | |
Mismar et al. | Null steering using the minimax approximation by controlling only the current amplitudes | |
Hu | Aspects of the subarrayed array processing for the phased array radar |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081205 |