Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 6 · MATHEMATICAL MODELS IN RADIO ELECTRONICS PROBLEMS

Methods of temporal signal processing in an adaptive transversal filter

V.Y. Semenov1

1 Nizhny Novgorod State University named after N.I. Lobachevsky, Nizhnii Novgorod, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.6.14 UDC 621.391.1 EDN FUZXXZ

Abstract

A single-channel adaptive transversal filter based on a multi-tap delay line is considered. It is assumed that the filter is affected by broadband interference, which is a rather complicated case in practice. This problem is typical for radar systems and electronic warfare systems. Two methods of digital signal processing are proposed. The first method allows minimizing the power of input broadband interference. The second method provides the maximum ratio of the useful signal power (if any) to the power of active interference against the background of thermal noise at the filter output. Both methods work in the case of a short sample when measuring the correlation matrix of interference, which reduces the computational complexity of the methods. Both methods have the ability to adaptively estimate the effective number of active interference. Analytical solutions are obtained for the optimal weight vectors of the adaptive transversal filter, on the basis of which an adaptive algorithm for forming the amplitude-frequency characteristic of the filter is built. The main advantage of the proposed approach is the adaptive estimate of the frequency band occupied by interference and a small number of samples per interference to find the weighting coefficients. The computational complexity of the proposed methods is estimated and it is shown that they have significantly lower computational complexity compared to the method of direct inversion of the interference correlation matrix.

  • transversal filter
  • delay line
  • adaptive weight vector
  • power basis
  • broadband interference
Аннотация (на русском)

Методы временной обработки сигналов в адаптивном трансверсальном фильтре

Рассматривается одноканальный адаптивный трансверсальный фильтр, обеспечивающий на основе многоотводной линии задержки. Считается, что на фильтр воздействуют широкополосные помехи, что на практике является достаточно сложным случаем. Данная проблема характерна для радиолокационных систем и систем радиоэлектронной борьбы. Предложены два метода цифровой обработки сигналов. Первый метод позволяет минимизировать мощность входных широкополосных помех. Второй метод обеспечивает на выходе фильтра максимальное отношение мощности полезного сигнала (при его наличии) к мощности активных помех на фоне тепловых шумов. Оба метода работаю в случае короткой выборки при измерении корреляционной матрицы помех, что уменьшает вычислительную сложность методов. Оба метода имеют возможность адаптивно оценивать эффективное число действующих помех. Получены аналитические решения для оптимальных весовых векторов адаптивного трансверсального фильтра, на основе которого построен адаптивный алгоритм формирования амплитудно-частотной характеристики фильтра. Основное преимущество предлагаемого подхода заключается в адаптивной оценке занимаемой помехами полосы частот и малое количество выборок на помеху для нахождения весовых коэффициентов. Произведена оценка вычислительной сложности предложенных методов и показано, что они имеет значительно меньшую вычислительную сложность по сравнению с методом непосредственного обращения корреляционной матрицы помех.

For citation

Semenov V.Y. Methods of temporal signal processing in an adaptive transversal filter // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.6.14

References

  1. Ширман Я. Д. и др. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник //Радиотехника. - 2007. - Т. 512.
  2. Fu W., Jiang D. Radar wideband digital beamforming based on time delay and phase compensation //International journal of electronics. - 2018. - Т. 105. - №. 7. - С. 1144-1158. https://doi.org/10.1080/00207217.2018.1426121
  3. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. М.: Радио и связь, 1986. 448 c.
  4. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1989. - 440 с.
  5. Ahmad Z., Yaoliang S., Du Q. Adaptive wideband beamforming based on digital delay filter //Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications. - 2016. - Т. 15. - №. 3. - С. 261-274. https://doi.org/10.1590/2179-10742016v15i3630
  6. Liu W. Adaptive broadband beamforming with spatial-only information //2007 15th International Conference on Digital Signal Processing. - IEEE, 2007. - С. 575-578. https://doi.org/10.1109/icdsp.2007.4288647
  7. Dong T. et al. Broadband frost adaptive array antenna with a farrow delay filter //International Journal of Antennas and Propagation. - 2018. - Т. 2018. - №. 1. - С. 3574929. https://doi.org/10.1155/2018/3574929
  8. Wang G. et al. Wideband Transmitting Adaptive Digital Beamforming Based on Sub-Band Multiple Linear Constrained Minimum Variance Method //Progress In Electromagnetics Research M. - 2018. - Т. 75. - С. 113-120. https://doi.org/10.2528/pierm18082101
  9. Bucciarelli M. et al.Integration of Frequency Domain Wideband Antenna Nulling and Wavenumber Domain Image Formation for Multi-Channel SAR //International Journal of Antennas and Propagation. - 2016. - Т. 2016. - №. 1. - С. 2834904. https://doi.org/10.1155/2016/2834904
  10. Hema N., Kidav J. U., Lakshmi B. VLSI architecture for broadband MVDR beamformer //Indian Journal of Science and Technology. - 2015. - Т. 8. - №. 19. - С. 1-10. https://doi.org/10.17485/ijst/2015/v8i19/77051
  11. Berkun R., Cohen I., Benesty J.Combined beamformers for robust broadband regularized superdirective beamforming //IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing. - 2015. - Т. 23. - №. 5. - С. 877-886. https://doi.org/10.1109/taslp.2015.2410139
  12. Ермолаев В.Т., Семенов В.Ю., Сорокин И.С., Флаксман А.Г., Ястребов А.В. Регуляризация весового вектора адаптивной антенной решетки путем ограничения числа базисных векторов //Изв. вузов. Радиофизика. - 2015. - Т. 58. - №. 3. - С. 235-243.
  13. Ермолаев В.Т., Семенов В.Ю., Сорокин И.С., Флаксман А.Г. Применение метода степенных векторов для адаптивной обработки сигналов в многолучевых антенных решетках //Известия ВУЗов. Радиофизика. - 2016. - Т. 59. - №. 10. - С. 948.
  14. Абрамович Ю. И. Регуляризованный метод адаптивной оптимизации по критерию максимума отношения сигнал/помеха //Радиотехника и электроника. - 1981. - Т. 26. - №. 3. - С. 543-551.
  15. Тихонов А.И., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач.- М.: Наука, 1979. - 288 с.
  16. Воеводин В.В. Линейная алгебра. М.: Наука, 1980. - 400 с.
  17. Максимов М.В. Защита от радиопомех. М.: Советское радио, 1976.