адаптивні алгоритми

Схема на рис. 13.16 ілюструє спосіб отримання пілот-сигналу, який передається з антени, розташованої на деякій відстані від решітки, в необхідному напрямку прийому. На рис. 13.17 приведена схема отримання місцевого пілот-сигналу, вперше запропонована Дж. Хоффом. На вхідні пристрої обробки на рис. 13.17 подаються або дійсні вхідні сигнали елементів антени (в режимі А), або, безліч затриманих сигналів, отриманих від генератора пілот-сигналу (в режимі Р).

Мал. 13.16. Схема адаптації по зовнішньому пілот-сигналу з чергуванням двох режимів: Р - при наявності пілот-сигналу; А - при відключеному пілот-сигналі

Мал. 13.17. Схема адаптації по внутрішньому пілот-сигналу з чергуванням двох режимів: Р - при наявності пілот-сигналу; відключенні пілот-сигналу

Фільтри до (при однакових елементах решітки це ідеальні затримки) обрані так, що безліч вхідних сигналів ідентично сигналам, які приймалися б гратами від розташованого на відстані джерела пілот-сигналу з плоскою хвилею в потрібному напрямку прийому, яке відповідає основному пелюстці ДН на прийомі.

Під час адаптації в режимі Р вхідні сигнали адаптивного пристрою обробки отримують з пілот-сигналу, а його корисним відгуком є власне пілот-сигнал. Наприклад, при синусоидальном пілот-сигналі з частотою адаптація вагових коефіцієнтів з метою мінімізації СКО призводить до того, що коефіцієнт передачі антеною решітки в напрямку прийому має задані амплітуду і фазовий зсув на частоті

Під час адаптації в режимі А всі сигнали, що подаються на адаптивне пристрій обробки, приймаються елементами антени з реального поля з шумом. В цьому режимі процес адаптації призводить до придушення всіх прийнятих сигналів, так як корисний відгук дорівнює нулю. Однак безперервне функціонування в режимі А призводить до того, що значення всіх вагових коефіцієнтів прагнуть до нуля, і система відключається. Проте при частому чергуванні режимів Р і А протягом адаптації в кожному з них відбуваються лише невеликі зміни вектора вагових коефіцієнтів, і можна наближено підтримувати промінь з одиничним коефіцієнтом передачі в заданому напрямку прийому і, крім цього, приблизно мінімізувати потужність прийнятої перешкоди.

Як пілот-сигналу можна взяти суму декількох синусоїдальних сигналів з різними частотами, так що при адаптації в режимі Р коефіцієнт передачі і фаза антени мають задані для кожної з цих частот значення в напрямку прийому.

Більш того, якщо підсумовуються разом кілька пілот-сигналів, що відповідають різним напрямкам, то при адаптації в режимі Р можна підтримувати заданий коефіцієнт передачі решітки одночасно для різних кутів і частот. Це властивість дозволяє деяким чином регулювати ширину смуги і ширину променів з різних напрямків прийому. В адаптивному режимі з двома режимами наближено здійснюється мінімізація середньоквадратичного значення (загальної потужності) всіх прийнятих елементами антени сигналів, які не корелюється з пілот-сигналами; при цьому коефіцієнт передачі і фаза променя наближено рівні заданим значенням для частот і напрямків, визначених складовими пілот-сигналу.

При адаптації з двома режимами формування та підтримку променя проводиться в режимі Р, а придушення в середньоквадратичному сенсі (відповідно до характеристиками пілот-сигналу) - в режимі А. В режимі Р через те, що пристрій обробки пов'язане з генератором пілот-сигналу , прийом сигналу неможливий. Отже, прийом здійснюється тільки в режимі А. Цей недолік усувається в системі на рис. 13.18, в якій можна одночасно реалізувати режими Р і А. У цій системі пілот-сигнали і прийняті сигнали подаються на адаптивне пристрій обробки точно так же, як описано вище. Корисним відгуком цього пристрою є пілот-сигнал. Друге допоміжний пристрій обробки працює по реальному вихідному сигналу решітки, але не реалізує адаптивний процес. У сигналах на його вході пілот-сигнал не міститься.

Мал. 13.18. Схема адаптації по пілот-сигналу

Допоміжний пристрій взаємодіє з адаптивним пристроєм обробки таким чином, що його вагові коефіцієнти є точними копіями відповідних вагових коефіцієнтів адаптується системи, т. Е. Для цього пристрою немає необхідності приймати пілот-сигнал.

У наведеній на рис. 13.18 системі з одним режимом пілот-сигнал підключений постійно. Процес адаптації призводить до того, що адаптивне пристрій обробки з мінімальною СКО відтворює пілот-сигнал і в той же час найкращим в середньоквадратичному сенсі чином режекгірует все прийняті елементами антени сигнали, які не корельовані з пілот-сигналом. Таким чином, в результаті адаптивного процесу ДН в смузі частот пілот-сигналу має потрібну чутливість в основному промені у напрямку прийому і провали в напрямках перешкод для їх смуги частот. При цьому, як правило, чим потужніший перешкоди в порівнянні з пілот-сигналом, тим вище рівень режекции.

Аналіз наведеної на рис. 13.18 системи з одним режимом можна провести наступним чином. Оптимальні вагові коефіцієнти адаптивного пристрою обробки можна отримати у вигляді твору. Матриця R дорівнює сумі матриці отриманих від антени сигналів і матриці безлічі пілот-сигналів, причому вважаємо, що пілот-сигнал і сигнали, що надходять від антени, є некоррелірованнимі. Вектор Р визначається тільки пілот-сигналом. Елементи цього вектора є значення автокореляційної функції пілот-сигналу, при цьому затримки визначаються відповідними затримками пілот-сигналу. Оскільки зсув головної пелюстки залежить від вибору затримок пілот-сигналу, вектор Р безпосередньо пов'язаний з кутом цього зміщення.

Для визначення характеристик функціонування адаптивних антенних систем проведено велику кількість експериментів з моделювання на ЕОМ решіток з різною геометричною конфігурацією і різних видів сигналів і перешкод.

Для простоти викладу наведені в наступних підрозділах приклади обмежуються плоскими решітками, складеними з ідеальних ізотропних (ненаправленої) елементів. У кожному разі для адаптації використовується метод найменших квадратів. У всіх експериментах початкові значення вагових коефіцієнтів прийняті однаковими.