АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА


RU (11) 2092942 (13) C1

(51) 6 H01Q21/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93030523/09 
(22) Дата подачи заявки: 1993.06.15 
(45) Опубликовано: 1997.10.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986, с. 448. 2. Журавлев А.К., Лукошкин А.П., Поддубный С.С. Обработка сигналов в адаптивных антенных решетках. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1983, с. 240. 3. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. - М.: Радио и связь, 1989, с. 440 4. Радиоприемные устройства. / Под ред. Л.Г. Барулина. - М.: Радио и связь, 1984, с. 272. 5. Чернега В.С., Василенко В.А., Бондарев В.Н. Расчет и проектирование технических средств обмена и передачи информации. - М.: Высшая школа, 1990. 
(71) Заявитель(и): Ростовское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск 
(72) Автор(ы): Габриэльян Д.Д.; Звездина М.Ю.; Шацкий В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Ростовское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск 

(54) АДАПТИВНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к адаптивным антенным решеткам (ААР) и может быть использовано в составе радиотехнических систем, функционирующих в условиях воздействия преднамеренных помех. ААР содержит N последовательно соединенных излучателей и смесителей. Выходы последних подключены к сумматору. Вторые входы смесителей связаны с каналами управления. В состав каждого из каналов управления входят последовательно соединенные корреляционный смеситель, усилитель, фильтр низкой частоты, фазовый детектор, блок, преобразующий входное воздействие по закону функции cos, перемножитель и блок алгебраического сложения. В состав канала управления также входит блок сложения. В состав канала управления также входит блок определения весового коэффициента, вход которого подключен к выходу фильтра низкой частоты, а выход - ко второму входу перемножителя. На второй (суммирующий) вход блока алгебраического сложения и второй вход фазового детектора подается сигнал управления неадаптированной (исходной) диаграммы направленности (ДН), а выход этого блока соединен со вторым входом смесителя. Получаемый технический результат заключается в уменьшении смещения ДН ААР и искажений ее главного максимума при формировании "нулей" в направлении на помеху. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к антенной технике, в частности к адаптивным антенным решеткам (ААР), и может быть использовано в составе радиотехнических систем, функционирующих в условиях воздействия преднамеренных помех.

Известны ААР, состоящие из многоэлементной антенной решетки и адаптивного, работающего в реальном масштабе времени процессора, выполняющего автоматическую подстройку диаграммы направленности для повышения эффективности приема полезного сигнала при воздействии помех [1-3]

Наиболее близкой по техническому исполнению к предложенной ААР является ААР Хауэлса Аппельбаума [1, рис. 5. 17, с. 202] Последняя содержит N излучателей, N каналов управления и сумматор. В состав каждого канала управления входят последовательно соединенные корреляционный смеситель, усилитель, фильтр низкой частоты (ФНЧ) и устройство алгебраического сложения.

Недостатком известных ААР является смещение и искажение главного максимума диаграммы направленности (ДН) по окончании процесса формирования "нуля" ДН в направлении действия помехи. Указанные эффекты в радиолокационных системах приводят к смещению равносигнального направления и, как следствие, снижению точности измерения угловых координат [1-3]

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи снижения искажений главного максимума ДН ААР при формировании "нулей" ДН и уменьшения уходов главного максимума ДН.

Решение подобной задачи возможно в том случае, если в ААР, содержащую N излучателей, N смесителей, сумматор и N каналов управления, каждый из которых состоит из последовательно соединенных корреляционного смесителя, усилителя и ФНЧ, а также блока алгебраического сложения, в каждом канале управления введены между ФНЧ и блоком алгебраического сложения последовательно включенные фазовый детектор (ФД), блок, преобразующий входной сигнал по закону функции cos, и перемножитель, а также блок определения амплитуды весового коэффициента, вход которого подключен к выходу ФНЧ, выход к второму входу перемножителя, а на второй вход фазового детектора, как и на суммирующий вход блока алгебраического сложения, подан сигнал управления неадаптированной ДН.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предложенной ААР; на фиг. 2 показан вариант выполнения блока формирования функции cos.

ААР содержит, как и в [1, c. 202] последовательно соединенные N излучателей 1 и N смесителей 2. Выходы последних подключены ко входам сумматора 3. Вторые входы смесителей 2 связаны с каналами управления, каждый из которых содержит последовательно соединенные корреляционный смеситель 4, усилитель 5, ФНЧ 6, ФД 7, блок 8, преобразующий входной сигнал по закону функции cos, перемножитель 9 и блок алгебраического сложения 10. Блоки 7 и 9 являются типовыми, а примеры их выполнения описаны в технической литературе (в частности, в [4] на рис. 4.3 аналоговый перемножитель, на рис. 5.25 - фазовый детектор). К типовым относится и блок 8 формирования функции cos входного сигнала. На фиг. 2 показан вариант выполнения этого блока, содержащий последовательно соединенные аналоговые перемножители 12 и 13 и блок алгебраического сложения 14, вычитающий вход которого подключен к выходу перемножителя 13, а на суммирующий вход подается постоянное напряжение уровня b1. На второй вход перемножителя 13 подается постоянное напряжение уровня b2, а первый и второй входы перемножителя 12 являются входом блока, 8 на который подается сигнал, пропорциональный . С помощью блока 8 производится формирование функции cos в соответствии с выражением

cos = b1+ b22,

где b1 0,998; b2 0,293 [5, с. 187] Кроме указанных выше блоков, в состав каждого канала управления входит блок 11 определения амплитуды весового коэффициента, относящегося к типовым элементам [см. 4, рис.5.26] Вход блока 11 подключен к выходу ФНЧ 6, а выход ко второму входу перемножителя 9. На второй (суммирующий) вход блока алгебраического сложения 10 и второй вход ФД 7 подается сигнал управления неадаптированной (исходной) ДН. Выход блока 10 соединен со вторым входом смесителя 2n.

Работа устройства организована следующим образом.

В адаптивной антенной решетке амплитудно-фазовое распределение (АФР) определяется двумя составляющими . Первое слагаемое определяет исходную (неадаптированную) ДН, а второе вырабатывается в результате функционирования контура адаптации под воздействием помех и обеспечивает формирование "нулей" в направлении источников помех. При этом для случая, например, одной помехи отношение сигнал/(помеха + шум) Q0 и ДН F определяются выражениями



F(u) F0(u) - v1F0(u1)f1(u)/(1+v1N), (2)

где F0 исходная ДН;

F0(u) exp[i(N-1)u/2] sin(Nu/2)/sin(u/2); (3)



f1 exp[i(N-1)(u-u1)/2] sin[N(u-u1)/2]/sin[(u-u1)/2]

d расстояние между излучателями;

длина волны;

qs направление ориентации главного максимума ДН;

v1, 1 мощность и направление прихода помехового сигнала соответственно;

M ковариационная матрица помех.

При воздействии помехи функционирование блоков 1-6, 10 предложенной ААР не отличается от функционирования аналогичных блоков известного устройства [1, c. 202] На выходе блока 6 n-го канала вырабатывается сигнал, соответствующий оптимальному значению весового коэффициента в данном канале. Указанный сигнал подается на вход ФД 7, на второй вход которого поступает сигнал , в результате чего на вход блока 8 подается сигнал, пропорциональный n, т. е. равный разности фаз входных сигналов в n-м канале. Таким образом, на выходе блока перемножения 9 формируется весовой коэффициент W(n)= 2W(2n)cosn или, что то же самое, (* знак комплексного сопряжения).

Если проанализировать соотношения (2) и (3), то можно заметить, что в координатах u исходная ДН F0(u) является симметричной, т.е. и . Для адаптированной ДН F(u) ААР [1, с. 202] указанные соотношения не выполняются. Однако замена приводит к тому, что провал формируется симметрично относительно главного максимума, что позволяет снизить искажение ДН и сохранить ее симметрию. Формирование такого вектора весовых коэффициентов, как следует из (1), практически не приводит к снижению отношения сигнал/(помеха + шум) [1]

Для оценки изменения крутизны равносигнального направления рассмотрим 8-элементную ААР. Помеха действует по первому боковому лепестку. В этом случае изменение крутизны в равносигнальном направлении (на уровне 0,5 по мощности) в ААР Хауэлса-Аппельбаума составит 30% а в предлагаемой только 4% Следовательно, предлагаемая ААР позволяет сохранить параметры главного максимума ДН после формирования "нулей" в направлении помех.

Таким образом, получаемый технический результат, достигаемый в результате изменения каждого из каналов управления ААР путем введения между ФНЧ и вычитающим входом блока алгебраического сложения последовательно соединенных фазового детектора, блока, преобразующего входной сигнал по закону функции cos, и перемножителя, а также введения блока определения амплитуды весового коэффициента, заключается в уменьшении смещения ДН ААР и искажений ее главного максимума при формировании "нулей" в направлении помехи. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Адаптивная антенная решетка, содержащая N излучателей, N смесителей, сумматор и N каналов управления, каждый из которых состоит из последовательно соединенных корреляционного смесителя, усилителя и фильтра низкой частоты, а также блок алгебраического сложения, суммирующий вход которого является входом сигнала управления неадаптированной диаграммой направленности, отличающаяся тем, что в каждом канале управления между фильтром низкой частоты и вычитающим входом блока алгебраического сложения последовательно включены фазовый детектор, блок, преобразующий входной сигнал по закону функции cos, и перемножитель, а также блок определения амплитуды весового коэффициента, вход которого подключен к выходу фильтра низкой частоты, выход к второму входу перемножителя, а второй вход фазового детектора является входом сигнала управления неадаптивной диаграммой направленности.