Цифровая адаптивная фазированная антенная система (ее варианты)

(57) Изобрвтени технике,. Ускор ции и упрощаетсзация. Система ант - фазирован ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1 ЕЕЕ Тгааз. опАпг, Ргор 19АР,5, с. 607-615.1 ЕЕЕ Тгапа.оп Аегоар, ЕЗ, 1.980АЕЯ"16,4, с. 509-519. АДАПТИВНАЯ ФАЗИРОВАНСИСТЕИА (ЕЕ ВАРИАНТЫ) е относится к радиояется процесс адаптая аппаратурная реалисодержит: 1-й вариную антенную решетку: 1, диаграммообразующую схему 2 с АЦП,процессор 3, запоминающее устройство (ЗУ) 4 и адаптивное устройство(АУ) 5, состоящее из 3-х оперативныхЗУ 6, 7, 8, вычислителя скалярногопроизведения векторов 9, сумматора10, делителя 11, вычислителя произведения вектора на скаляр 12, вычислителя разности векторов 13. АУ 5состоит из набора однотипных модулейобрабатывающих входной вектор по единому общему алгоритму, что упрощаетаппаратурную реализацию АУ 5 и унифицирует аппаратуру. Во 2"м вариантедля сокращения числа операций (времени обработки сигнала) в АУ 5 введены два коммутатора 14, 15. Как ив 1-м варианте, АУ 5 работает в 3-хрежимах: обучения, фильтрации обучающих выборок, фильтрации защищаемых выборок. 1 з.п. ф-лы, 2 илИзобретение относится к радиотехнике, а именно к адаптивным антеннымсистемам.Цель изобретения - ускорение процесса адаптации и упрощение аппаратурной реализации,На фиг. 1 представлена структурнаясхема цифровой адаптивной фазированйой антенной системы (ЦАФАС, первыйвариант); на фиг. 2 - структурнаясхема ЦАФАС (второй вариант).Согласно первому варианту цифровая адаптивная фазированная антенная система содержит фазированнуюантенную 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, вычислительскалярного произведения векторов(ВСПВ) 9, сумматор 10, делитель 11,вычислитель произведения вектора наскаляр (ВПВС) 12 и вычислитель разности векторов (ВРВ) 13.Согласно второму варианту цифровая адаптивная фазированная антеннаясистема содержит ФАР 1, ДОС 2, процессор 3, ЗУ 4 и адаптивное устройство 5, содержащее первое и второеи третье оперативные ЗУ б, 7, 8,ВСПВ 9, сумматор 10, делитель 11,ВПВС 12, ВРВ 13, первый коммутатор14, второй коммутатор 15.Цифровая адаптивная фазированнаяантенная система (первый вариант)работает следующим образом.Сигналы с выходов ФАР 1 поступаютна ДОС 2, в которой при помощи матрицы коэффициентов Я выполняется формирование диаграммы направленностив соответствии с выражением Т=Б Х,а также преобразование в цифровуюформу аналоговых сигналов, Цифровыевыходные сигналы ДОС 2 записываютсяв ЗУ 4 и с ее выходов подаются вадаптивное устройство 5, причем среди выборки, записанной в ЗУ 4, имеются обучающие вектора С , несущиеинформацию о помеховой обстановке,и,защищаемые вектора У, . Вначале изЗУ 4 считываются обучающие вектора,с помощью которых производится обучение (адаптивная настройка) адаптивного устройства 5. При этом послеобучения адаптивное устройство 5имеет характеристику передачи, соответствующую оценке обратной ковариа 30-+ С, С,.1,о/причем в обучении используются исходный обучающий вектор С, , соответ 4 фствующий данной итерации, и этот жевектор, подвергнутый фильтрации напредыдущей итерации С;фильтрацию тех обучающих векторов,которые используются на последующихитерациях 35 40 И.У, -Я У1-11фильтрацию защищаемой выборки У=У. - ( У1 -11-145при этом на каждой итерации фильтрация как защищаемых, так и обучающихвекторов, а также обучение производится по единому алгоритму. В вычислительных операциях участвуюттолько векторные величины.Адаптивное устройство 5 можнорассматривать как четырехполюсник с ха-рактеристикой передачи, соответствующей матрице. М , при подаче которой вектора Ю, на его выходе формируется вектор Ю = М И,. ВычисляеФмое при помощи алгоритма значениеМ получают, не используя в явном виде матрицу М . При этом адаптивное ционной матрице помех М . Затем йзЗУ 4 считываются защищаемые вектора,которые в адаптивном устройстве 5подвергаются пространственной фильтрации. Результат фильтрации появляется на выходе в виде У = М 7Для получения оценки М в адаптивном устройстве 5 используется модифицированный алгоритм известной ите рационной процедуры вычисления регуляризированной оценки обратной ковариационной матрицы помех Ми., с . с", и;., (1) 5и,=и;.,я+ с" и. с,;о -1.,с- - параметр регуляризации,- знак эрмитового сопряжений.Числитель дроби индекса у основа ния С, М (и других букв, встречающихся далее в описании) обозначаетномер итерации, а знаменатель - номер вектора в выборке.На каждой итерации можно выде лить три последовательных этапа:обучение (настройка), выполняемая (например, на ь"й итерации) поалгоритмуустройство 5 состоит из набора однотипных модулей, в которых обработка входного вектора производится по единому общему алгоритму, и выполняет функции вычислителя М и пространственного фильтра, что позволяет упростить аппаратурную реализацию адаптивного устройства 5 и унифицировать аппаратуру.Рассмотрим работу модуля в трех выполняемьк последовательно режимах. обучения, фильтрации обучающих векторов, фильтрации защищаемой выборки Обучение, В режиме обучения . в д-ммодуле и на него подается обучающий вектор, номер которого соот" ветствует номеру данного модуля, и этэт же вектор, но подвергнутый фильтрации в предыдущем модуле. Ис" ходный обучающий вектор С считыо 1 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 векто-/ ром С, , считанным из оперативного ЗУ 6%С, С.1 о/- 1/Скаляр Я подается на сумматор 10, в котором производится его суммирование с числом вектором регуляризациии 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 оперативньк ЗУ 6, 7 и скалярная величина, хранящаяся в выходном регистре сумматора 10.В режиме фильтрации в д-м модуле на него подаются обучающие вектора, которые используются для обучения последующих модулей и подвергались фильтрации в предыдущих модулях, Например, через модуль, обученный на 1-м шаге итерации, пропускаются обучающие выборки (с номерамид) С С. и т.д., т.е. вы" борки, которые используются при обучении соответствующих модулей х + 1,+ 2 и т.д, причем эти выбор ки ранее подвергались фильтрации в. /гпс выхода предыдущего модуля постуйает через первый информационный вход1-го модуля на вычислитель ВСПВ 9,а также на ОЗУ 8 и записывается в 10 него. В вычислителе ВСПВ 9 производится перемножение вектора С;, свектором С, хранящимся в ОЗУ 6,С,/ С.,/ . Результирующий скалярподается йа делитель 11, в которомпроизводится деление на сумму (Р +-/ физ оперативного ЗУ 7,С С/о/и результирующий вектор вычитается ввычислителе ВРВ 1 3 и з вектора С- /1 тсчитанного из оперативного ЗУ 8,25 С;. С, С. ,/т/от р й+ С С.о/;-1/ЙНа этом фильтрация обучающего вектора СО/п в -м модуле заканчивается.35/1+1обучения следующего д + 1 модуля.Таким образом, каждый д-й вектор подвергается фильтрации -1 раз,проходя через -1 модуль, и на -ша 40ге используется для обучения д-гомодуля. С окончанием обучения последнего модуля завершается обучениевсего адаптивного устройства 5. Затем адаптивное устройство 5 исполь 45зуется для фильтрации защищаемойвыборки.В этом режиме в 1-м модуле на него подаются защищаемые вектора выборки из предыдущих модулей. Процедура фильтрации защищаемых выбороквыполняется как указано. В результате все вектора защищаемой выборкиподвергаются фильтрации в каждом мо. дуле адаптивного устройства 5. Вовтором варианте цифровой адаптивной55 фазированной антенной системы делитель 11 работает в течение режимови фильтрации как обучающих векторов,так и защищаемых векторов, затрачи-вая на это определенный ресурс времени. При большом объеме защищаемыхвекторов операция деления создаетзначительные задержки обработки сигнала или в случае выполнения алгоритма на ЭВМ дополнительную загрузкумашины и увеличивает время работыпрограммы.Для сокращения числа операций и,следовательно, времени обработки ,сигнала в адаптивное устройство 5введены два коммутатора 1 ч и 15. Каки в первом варианте адаптивное устройство 5 (каждый модуль) работаетв трех режимах: обучения, фильтрации обучающих выборок, фильтрациизащищаемых выборок. При этом при выполнении процедур фильтрации делитель 11 не используетсяи число опе -.раций (и время, затрачиваемое на обработку векторов) сокращается.Таким образом, в цифровой адаптивной фазированной антенной системеоперации обучения и фильтрации защищаемой выборки совмещены и аппаратнореализуются с помощью однотипных модулей, при этом число операций комплексного умножения сокращено и выигрыш увеличивается с увеличениемчисла каналов ФАР.формула из обре те ния1. 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, о т л и ч а ю щ а я с я 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 го произведения векторов, второй входкоторого подключен к выходу первого1оперативного ЗУ, а выход соединен спервым входом делителя и сумматора,второй вход которого является входом.для подачи параметра регуляризации,выход сумматора подключен к второмувходу делителя, выход которого под О ключен к первому входу вычислителяпроизведения вектора на скаляр, второй вход которого сОединен с выходомвторого 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 антен ной системы.2. Цифровая адаптивная фазированная антенная система, содержащая фазированную антенную. решетку (АР),. 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 ЗО процессора, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью ускорения процессаадаптации и упрощения аппаратурнойреализации, введено запоминающее устройство (ЗУ), а адаптивное устройство выполнено в виде трех оперативных 35ЗУ, вычислителя скалярного произведения векторов, вычислителя произведения вектора на скаляр., вычислителяразности векторов, сумматора, делителя, первого и второго коммутаторов,причем выход ДОС соединен с первымвходом ЗУ, выход которого соединенс входами первого и третьего оперативных ЗУ, а также с первыми входамивторого коммутатора и вычислителя 45скалярного произведения векторов, вы 1ход которого подключен к первым входам первого коммутатора и сумматора, второй вход которого являетсявходом для подачи параметра регуляриэации, выход сумматора через делитель подключен к второму входу первого коммутатора, выход которогосоединен с первым входом вычислителяпроизведения вектора на скаляр, выход которого соединен с первым входом вычислителя разности векторов ис вторым входом второго коммутатора,выкод которого через второе опера1228172 выходу третьего оперативного ЗУ, авыход подключен к второму входу ЗУи является выходом цифровой адаптив"ной фазированной антенной системы. тивное ЗУ подключен к второму входувычислителя произведения вектора наскаляр, причем второй вход вычислителя разности векторов подключен к Составитель 0.3 арощрнскиидактор С.Лисина Техред И.Попович Кор тор Г,Решетник ж б 43рственного комитобретений и открЖ, Раушская и/5 оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 каз 2293/53 Ти ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москва