doi:https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.10.12

ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. №10
Оглавление выпуска

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.10.12

УДК: 621.396:621.391.8

ФОРМИРОВАНИЕ РАСШИРЕННЫХ ПРОВАЛОВ В ДИАГРАММЕ НАПРАВЛЕННОСТИ АДАПТИВНОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО ФИЛЬТРА С ПЛОСКОЙ АНТЕННОЙ РЕШЁТКОЙ

М. Ю. Лишак

Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д.14

Статья поступила в редакцию 30 августа 2021 г., после доработки – 22 ноября 2021 г.

Аннотация. В современных радиотехнических системах для подавления активных помех используется адаптивное управление нулями диаграммы направленности антенной решётки. Однако при быстром перемещении источника помех эффективность подавления значительно снижается, т.к. помехи «выходят» из нулей. Эффективным средством устранения этого недостатка является расширение нулей диаграммы направленности. Один из способов такого расширения основан на том, что первая производная диаграммы направленности в направлении источников помех устанавливается равной нулю. Применительно к линейной антенной решётке этот метод позволяет создавать в диаграмме направленности расширенные нули. Однако в случае двумерной плоской антенной решётки нули будут расширяться только в одной угловой плоскости. Для того чтобы одинаково расширить нули во всех угловых направлениях и таким образом сделать их симметричными, необходимо наложить дополнительные ограничения на вторые частные производные диаграммы направленности. Для задания этих ограничений необходимо дополнительно включить в базис подпространства помех преобразованные направляющие векторы помех, вычисляемые в соответствии с выражениями для вторых частных производных диаграммы направленности. В статье получены выражения для преобразованных направляющих векторов и на их основе предложен алгоритм синтеза пространственного фильтра, имеющего симметричные расширенные провалы в диаграмме направленности. В адаптивном алгоритме пространственной фильтрации, основанном на таком подходе, неизвестные направляющие векторы помех заменяются собственными векторами выборочной корреляционной матрицы принимаемых колебаний, соответствующими наибольшим собственным значениям. Эффективность предложенного метода подтверждена результатами моделирования. Дана оценка вычислительной сложности данного алгоритма.

Ключевые слова: адаптивная антенная решётка, подавление активных помех, пространственный фильтр, диаграмма направленности, расширение нулей.

Abstract. The adaptive antenna array beamforming is used to suppress jammers by placing antenna directional pattern nulls in the directions of the jammer sources. The performance of the beamformer is known to degrade in rapidly moving jammer environments. This degradation occurs due to the jammer motion that can bring the jammers out of the sharp nulls of the adaptive directional pattern. The directional pattern nulls broadening is an effective means to settle this problem. To broaden the nulls, the first derivative of the pattern in the directions of the jammer sources is set equal to zero. Being applied to the beamformer with a linear array, this technique allows producing broaden nulls in the directional pattern. However, in the case of a two-dimensional planar antenna array, the nulls will broaden only in one angular plane. In order to equally broaden the nulls in all angular directions and in this way to make them symmetrical, some additional constraints on the second partial derivatives of the directional pattern should be imposed. To set these constraints, it is necessary to include additional transformed steering vectors of jammers in the basis of the jammer subspace. These new transformed steering vectors are calculated in accordance with the expressions for the second partial derivatives of the directional pattern. In this paper, the expressions for the transformed steering vectors are derived and a novel beamforming algorithm based on them is proposed. In the adaptive beamforming algorithm based on such an approach unknown steering vectors of jammers are replaced by the eigenvectors of the sample covariance matrix corresponding to the largest eigenvalues. The effectiveness of the proposed method is verified by the computer simulation results. The computational complexity of this algorithm is estimated.

Key words: adaptive array, jammer suppression, beamformer, directional pattern, null broadening.

Литература

1. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решётках. Москва, Радио и связь. 2003. 200 с.

2. Гершман А.Б., Ермолаев В.Т. Синтез весового распределения адаптивной антенной решётки с широкими провалами в диаграмме направленности. Известия вузов. Радиофизика. 1991. Т.34. №6. С.720-724.

3. Qian J., He Z., Xie J., Zhan Y. Null broadening adaptive beamforming based on covariance matrix reconstruction and similarity constraint. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. (2017) 2017:1. https://doi.org/10.1186/s13634-016-0440-1

4. Yang X., Li S., Long T., Sarkar T. Adaptive null broadening method in wideband beamforming for rapidly moving interference suppression. Electronics Letters. 2018. Vol.54. No.16. P.1003-1005.

5. Mohammadzadeh S., Kukrer O. Robust adaptive beamforming for fast moving interference based on the covariance matrix reconstruction. IET Signal Processing. 2019. Vol.13. Iss.4. P.486-493. https://doi.org/10.1049/iet-spr.2018.5264

6. Steyskal H. Synthesis of antenna patterns with prescribed nulls. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. Vol.30. No.2. P.273-279.

7. Li R., Zhao X., Shi X.W. Derivative constrained robust LCMV beamforming algorithm. Progress in Electromagnetics Research C. 2008. Vol.4. P.43-52.

8. Лишак М.Ю. Формирование в диаграмме направленности пространственного фильтра на основе плоской антенной решётки двумерных расширенных зон угловой режекции. Прогрессивные направления развития радиоэлектронных информационных комплексов и систем: доклады юбилейной научно-технической конференции ЦНИИРЭС 12-13 сентября 1996 г. Москва, ЦНИИРЭС. 1997. Ч.1. С.134-139.

9. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решёток. Москва, Мир. 1974. 456 с.

10. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). 4-е изд. Москва, Наука. 1978. 832 с.

11. Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы. Москва, Мир. 1982. 583 с.

12. Johnson D.H., Dudgeon D.E. Array Signal Processing: Concepts and Techniques. Englewood Cliffs, NJ, PTR Prentice Hall. 1993. 552 p.

1111.4144v2 (дата обращения: 29.10.21)

14. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы: Учеб. пособие для вузов. – М.: Наука, 1989. – 432 с.

15. TigerSHARC Embedded Processor ADSP-TS101S [электронный ресурс]. Analog Devices. URL: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/adsp-ts101s.pdf (дата обращения: 10.11.21)

Для цитирования:

Лишак М.Ю. Формирование расширенных провалов в диаграмме направленности адаптивного пространственного фильтра с плоской антенной решёткой. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. № 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.10.12