Цифровая адаптивная фазированная антенная система (ее варианты)

Цифровая адаптивная фазированная антенная система (ее варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиотехнике ,. Ус.крряется процесс адаптации и упрощается аппаратурная реализация . Система содержит: 1-й вариант - фазированную антен}1ую решетку аТ:-. 1, диаграммообразующую схему 2 с АЦП, процессор 3, запоминающее устройство (ЗУ) 4 и адаптивное устройство (АУ) 5, состоящее из 3-х оперативных ЗУ 6, 7, 8, вь1числителя скалярного произведения векторов 9,- сумматора 10, делителя 11, вычислителя произведения вектора на скаляр 12, вычис-- лителя разности векторов 13. АУ 5 состоит из набора однотипных модулей, обрабатывающих входной вектор по единому общему алгоритму, что упрощает аппаратурную реализацию АУ 5 и унифицирует аппаратуру. Во 2-м варианте для сокращения числа операций (времени обработки сигнала) в АУ 5 введены два коммутатора 14, 15. Как и в 1-м варианте, АУ 5 работает в 3-х режимах: обучения, фильтрации обучающих выборок, фильтрации защищаемых выборок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л N9 00 Фи

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

12 А1 (19) (11) 1511 Н 01 Я 23/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОЮЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3559639/24-09 (22) 27.12.82 (46) 30.04.86. Бюл. В 16 (72) В.В.Крючков, В.П.Левшин, В.Ф .Стручев и А.Г.Харитонов (53) 621.396.67 (088.8) (56) IEEE Trans. on Ant. Prop., 1976, АР-!2, № 5, с. 607-615.

IEEE Trans. on Aегоsp. ES, 1.980, AES-16, Ф 4, с. 509-519. (54) ЦИФРОВАЯ АДАПТИВНАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА (EE ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к радиотехнике,. Ускоряется процесс адаптации и упрощается аппаратурная реализация. Система. содержит: 1-й вариант - фазированную антенную решетку:

1, диаграммообразующую схему 2 с АЦП, процессор 3, запоминающее устройство (ЗУ) 4 и адаптивное устройство (АУ) 5, состоящее из 3-х оперативных

ЗУ 6, 7, 8, вычислителя скалярного произведения векторов 9, сумматора

10, делителя 11, вычислителя произведения вектора на скаляр 12, вычис- лителя разности векторов 13. АУ 5 состоит из набора однотипных модулей, обрабатывающих входной вектор по единому общему алгоритму, что упрощает аппаратурную реализацию АУ 5 и унифицирует аппаратуру. Во 2-м варианте для сокращения числа операций (времени обработки сигнала) в АУ 5 введены два коммутатора 14, 15. Как и в 1-м варианте, АУ 5 работает в 3-х режимах: обучения, фильтрации обучающих выборок, фильтрации защищаемых выборок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1228172

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к адаптивным антенйым системам.

Цель изобретения — ускорение процесса адаптации и упрощение аппаратурной реализации, На фиг. 1 представлена структурная схема цифровой адаптивной фазированйой антенной системы (ЦАФАС, первый вариант); на фиг. 2 — структурная схема ЦАФАС (второй вариант).

Согласно первому варианту цифровая адаптивная фазированная антенная система содержит фазированную антенную решетку (ФАР) 1, диаграммообразующую схему (ДОС) 2 с аналогоцифровыми преобразователями, процессор 3, запоминающее устройство (ЗУ)

4 и адаптивное устройство 5, содер- жащее первое, второе и третье опе° ративные ЗУ 6, 7, 8, вычислитель скалярного произведения векторов (ВСПВ) 9, сумматор 10, делитель 1 1, вычислитель произведения вектора на скаляр (ВПВС} 12 и вычислитель разности векторов (BPB) 13.

Согласно второму варианту цифровая адаптивная фазированная антенная система содержит ФАР 1, ДОС 2, процессор 3, ЗУ 4 и адаптивное устройство 5, содержащее первое и второе и третье оперативные ЗУ б, 7, 8, ВСПВ 9, сумматор 10, делитель 11, ВПВС 12, BPB 13, первый коммутатор

14, второй коммутатор 15.

Цифровая адаптивная фазированная антенная система (первый вариант) работает следующим образом.

Сигналы с выходов ФАР 1 поступают на ДОС 2, в которой при помощи матрицы коэффициентов S выполняется формирование диаграммы направленности в соответствии с выражением Y=S Х, а также преобразование в цифровую форму аналоговых сигналов. Цифровые выходные сигналы ДОС 2 записываются в ЗУ 4 и с ее выходов подаются в адаптивное устройство 5, причем среди выборки, записанной в ЗУ 4, имеются обучающие вектора С, несущие информацию о помеховой обстановке, и .защищаемые вектора Y, . Вначале из

ЗУ 4 считываются обучающие вектора, с помощью которых производится обучение (адаптивная настройка) адаптивного устройства 5. При этом после обучения адаптивное устройство 5 имеет характеристику передачи, соответствующую оценке обратной ковариа30 - + C» Ci„1, О/т причем в обучении используются исходный обучающий вектор С,, соответ т1 ствующий данной итерации, и этот же вектор, подвергнутый фильтрации на предыдущей итерации С;,<; фильтрацию тех обучающих векторов, которые используются на последующих итерациях

35 0 И.-V. — q, W

I 1-1 i i 1 t фильтрацию защищаемой выборки

Y.= Y.. — Q 7

i-т

45 при этом на каждой итерации фильтрация как защищаемых, так и обучающих векторов, а также обучение производится по единому алгоритму. В вычислительных операциях участвуют только векторные величины.

Адаптивное устройство 5 можно рассматривать как четырехполюсник с ха- рактеристикой передачи, соответствующей матрице. М, при подаче которой вектора V. на его выходе формируется вектор 1т1. = М, И,. Вычисляет мое при помощи алгоритма значение

М получают, не используя в явном виде матрицу М . При этом адаптивное ционной матрице помех M . .Затем йз

ЗУ 4 считываются защищаемые вектора, которые в адаптивном устройстве 5 подвергаются пространственной фильтрации. Результат фильтрации появляI ется на выходе в виде Y = M 7

Для получения оценки N в адаптивном устройстве 5 используется модифицированный алгоритм известной ите10 рационной процедуры вычисления регуляризированной оценки обратной ковариационной матрицы помех И м. ., с . с", м,, (1>

l5, - + с". и.- .с. ;

o/i .где С, . — вектор обучающей выборки;

1 . т- — параметр регуляризации, — знак эрмитового сопряжений.

Числитель дроби индекса у основа20 ния С, И (и других букв, встречающихся далее в описании) обозначает номер итерации, а знаменатель - номер вектора в выборке.

На каждой итерации можно выде25 лить три последовательных этапа: обучение (настройка), выполняемая (например, на i"é итерации) по алгоритму

1228172 устройство 5 состоит из набора однотипных модулей, в которых обработка входного вектора производится по единому общему алгоритму, и выполняет функции вычислителя M и пространственного фильтра, что позволяет упростить аппаратурную реализацию адаптивного устройства 5 и унифицировать аппаратуру.

Рассмотрим работу модуля в трех выполняемых последовательно режимах. обучения, фильтрации обучающих векторов, фильтрации защищаемой выборки

Обучение. В режиме обучения . в

i-м модуле и на него подается обучающий вектор, номер которого соот" ветствует номеру данного модуля, и этвуд же вектор, но подвергнутый фильтрации в предыдущем модуле. Ис" ходный обучающий вектор С считыо/ вается из. ЗУ 4 и записывается в оперативное ЗУ 6. Обучающий вектор С,,/ поступает с выхода предыдущего модуля на первый вход ВСПВ 9 и записывается в ЗУ 7. В ВСПВ 9 производится перемножение вектора С с вектоМ

<-1/> ром С ., считанным из оперативного

ЗУ 6

»»

real С, С о/i i— - 1/i

Скаляр Q подается на сумматор 10, в котором производится его суммирование с числом вектором регуляризации / и результат записывается в выходной регистр сумматора 10, в котором он хранится на протяжении последующих режимов фильтрации данного модуля.

На этом процедура обучения модуля заканчивается и ее результатом являются весовые коэффициенты, хранящиеся в оперативных ЗУ 6, 7 и скалярная величина, хранящаяся в выходном регистре сумматора 10.

В режиме фильтрации в i-м модуле на него подаются обучающие вектора, которые используются для обучения последующих модулей и подвергались фильтрации в предыдущих модулях. Например, через модуль, обученный на

i-м шаге итерации, пропускаются обучающие выборки (с номерами i)

С.. С (+1» / 1(i+2 И Т Д Т ° Е ВЫ борки, которые используются при обучении соответствующих модулей i + 1, + 2,..., и т.д. причем эти выборки ранее подвергались фильтрации в

i-1 модуле.

Вычисление результирующего вектора С,, где m)i, выполняется в такой йоследовательности. Вектор С.

i -1/ r1l с выхода предыдущего модуля постуйает через первый информационный вход

i-го модуля на вычислитель ВСПВ 9, а также на 1./ЗУ 8 и записывается в

10 него. В вычислителе ВСПВ 9 производится перемножение вектора С;,(с вектором С, хранящимся в ОЗУ 6, С,/, С,, . Результирующий скаляр подается йа делитель 11, в котором производится деление на сумму ((" +

+ С, С,(; ), хранящуюся в регистре сумматора 10 р < +С ". С.

20 о/g е-1/t

Зто частное (скаляр) перемножается в

ВПВС 12 с вектором С ., считанным

i-1/ из оперативного ЗУ 7

С; С, С; „, С,/ - Ci,/„ о/ и результирующий вектор вычитается в вычислителе BPB 13 из вектора С

) - 1/ »1 считанного из оперативного ЗУ 8, 25

30 . С С; С /W < 1! 1 P <+ С".: Со/; i-1/Й

На этом фильтрация обучающего вектора С !/»! в i-м модуле заканчивается.

35 ,Затем вектор С /,+! используется для /(+! обучения следующего i + 1 модуля.

Таким образом, каждый i-й вектор подвергается фильтрации i-1 раз, проходя через i-1 модуль, и íà i-ша40 ге используется для обучения i-го модуля. С окончанием обучения последнего модуля завершается обучение всего адаптивного устройства 5. Затем адаптивное устройство 5 исполь45 зуется для фильтрации защищаемой выборки.

В этом режиме в i-м модуле на него подаются защищаемые вектора выборки из предыдущих модулей. Процедура фильтрации защищаемых выборок выполняется как указано. В результате все вектора защищаемой выборки подвергаются фильтрации в каждом мо. дуле адаптивного устройства 5. Во втором варианте цифровой адаптивной фазированной антенной системы делитель 11 работает в течение режимов и фильтрации как обучающих векторов, так и защищаемых векторов, затрачи1228172 вая на это определенный ресурс времени. При большом объеме защищаемых векторов операция деления создает значительные задержки обработки сигнала или в случае выполнения алгоритма на ЭВМ дополнительную загрузку машины и увеличивает время работы программы.

Для сокращения числа операций и, следовательно, времени обработки ,сигнала в адаптивное устройство 5 введены два коммутатора 14 и 15. Как и в первом варианте адаптивное устройство 5 (каждый модуль) работает в трех режимах: обучения, фильтрации обучающих выборок, фильтрации защищаемых выборок. При этом при выполнении процедур фильтрации делитель 11 не используется и число опе =

° раций (и время, затрачиваемое на обработку векторов) сокращается.

Таким образом, в цифровой адаптивной фазированной антенной системе операции обучения и фильтрации защищаемой выборки совмещены и аппаратно реализуются с помощью однотипных модулей, при этом число операций комплексного умножения сокращено и выигрыш увеличивается с увеличением числа каналов ФАР.

Формула из обре те ния

1. Цифровая адаптивная фазированная антенная система, содержащая фаэированную антенную решетку (ФАР), диаграммообразующую схему (ДОС) с аналого-цифровыми преобразователями, процессор и адаптивное устройство, причем выходы ФАР подключены к соответствующим первым входам ДОС, вто рой вход которой подключен к выходу процессора, отличающаяся тем, что, с целью ускорения процесса адаптации и упрощения аппаратурной реализации, введено запоминающее устройство (ЗУ), а адаптивное уст-ройство выполнено в виде трех оперативных ЗУ, вычислителя скалярного произведения векторов, вычислителя произведения вектора на скаляр, вычислителя разности векторов, сумматора и делителя, .причем выход ДОС соединен с первым входом ЗУ, выход которого подключен к входам первого, второго и третьего оперативных ЗУ и к первому входу вычислителя скалярно

ro произведения векторов, второй вход которого подключен к выходу первого

1 оперативного ЗУ, а выход соединен с первым входом делителя и сумматора, второй вход которого является входом. для подачи параметра регуляризации, выход сумматора подключен к второму входу делителя, выход которого под10 ключен к первому входу вычислителя произведения вектора на скаляр, второй вход которого соединен с выходом второго оперативного ЗУ, а выход соединен с первым входом вычислителя

15 разности векторов, второй вход которого подключен к выходу третьего оперативного ЗУ, а выход соединен с вторым входом ЗУ и является выходом цифровой адаптивной фазированной антен20 ной системы.

2. Цифровая адаптивная фазированная антенная система, содержащая фазированную антенную. решетку (ФАР), . диаграммообразующую схему (ДОС) с

25 аналого-цифровыми преобразователями, процессор и адаптивное устройство, причем выходы ФАР подключены к соответствующим первым входам ДОС, вто-рой вход которой подключен к выходу процессора, отличающаяся тем, что, с целью ускорения процесса адаптации и упрощения аппаратурной реализации, введено запоминающее устройство (ЗУ), а адаптивное устройство выполнено в виде трех оперативных

ЗУ, вычислителя скалярного произведения векторов, вычислителя произведения вектора на скаляр., вычислителя разности векторов, сумматора, делите40 ля, первого и второго коммутаторов, причем выход ДОС соединен с первым входом ЗУ, выход которого соединен с входами первого и третьего оперативных ЗУ, а также с первыми входами второго коммутатора и вычислителя

45 скалярного произведения векторов, вы1 ход которого подключен к первым входам первого коммутатора и сумматора, второй вход которого является входом для подачи параметра регуля50 риэации, выход сумматора через делитель подключен к второму входу первого коммутатора, выход которого соединен с первым входом вычислителя произведения вектора на скаляр, выход которого соединен с первым входом вычислителя разности векторов и с вторым входом второго коммутатора, выход которого через второе опера1228172

Фиг.f.

Составитель О.Зарощинский

Редактор С.Лисина Техред И.Попович Корректор Г Решетник

Заказ 2293/53 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тивное ЗУ подключен к второму входу вычислителя произведения вектора на скаляр, причем второй вход вычислителя разности векторов подключен к выходу третьего оперативного Зу, а выход подключен к второму входу Зу и является выходом цифровой адаптивной фазированной антенной системы.