+

RU2033670C1 - Digital adaptive multibeam antenna system - Google Patents

Digital adaptive multibeam antenna system Download PDF

Info

Publication number
RU2033670C1
RU2033670C1 SU4809229A RU2033670C1 RU 2033670 C1 RU2033670 C1 RU 2033670C1 SU 4809229 A SU4809229 A SU 4809229A RU 2033670 C1 RU2033670 C1 RU 2033670C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
inputs
outputs
input
quadrature
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Михайлович Кошевой
Владимир Викторович Радионов
Original Assignee
Одесская государственная морская академия
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Одесская государственная морская академия filed Critical Одесская государственная морская академия
Priority to SU4809229 priority Critical patent/RU2033670C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2033670C1 publication Critical patent/RU2033670C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radiolocation. SUBSTANCE: digital adaptive multibeam antenna system has N-element phased array with analog-to-digital converters, unit of formation of additional independent samples, storage, commutation unit, beam forming unit, synchronization unit. Unit of formation of additional independent samples has N complex multipliers. EFFECT: improved protection against active interference. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для защиты радиолокационных станций с фазированными антенными решетками от активных помех. The invention relates to radar and can be used to protect radar stations with phased antenna arrays from active interference.

Известна адаптивная антенная решетка, содержащая по N умножителей, смесителей, усилителей, фильтров, сумматоров и один N-входовый сумматор. Однако данное устройство не обеспечивает удовлетворительной скорости настройки. Known adaptive antenna array containing N multipliers, mixers, amplifiers, filters, combiners and one N-input adder. However, this device does not provide a satisfactory tuning speed.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является адаптивная многолучевая антенная система, построенная по схеме с предварительной компенсацией помех и последующим формированием лучей, содержащая N-элементную фазированную антенную решетку (ФАР), блок векторно-матричного перемножения, устройство вычисления обратной корреляционной матрицы, блоки скалярного перемножения и источники управляющих сигналов. Однако при объеме обучающей выборки, меньшем числа источников помех, данное устройство не обеспечивает удовлетворительной эффективности их подавления. Потери по сравнению с оптимальной обработкой могут достигать десятков децибел. The closest in technical essence to the invention is an adaptive multi-beam antenna system, constructed according to a scheme with preliminary interference compensation and subsequent beam formation, containing an N-element phased antenna array (PAR), a vector-matrix multiplication unit, an inverse correlation matrix calculator, scalar units multiplication and sources of control signals. However, with a training sample smaller than the number of interference sources, this device does not provide satisfactory suppression efficiency. Losses in comparison with optimal processing can reach tens of decibels.

Целью изобретения является повышение эффективности подавления активных помех. The aim of the invention is to increase the efficiency of the suppression of active interference.

Это достигается тем, что в цифровой адаптивной многолучевой антенной системе, содержащей N-элементную ФАР с аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), блок компенсации и блок лучеформирования, введены блок формирования дополнительных выборок (БФДВ), блок памяти, блок коммутации и блок синхронизации. This is achieved by the fact that in the digital adaptive multipath antenna system containing an N-element phased array with analog-to-digital converters (ADC), a compensation unit and a beamforming unit, an additional sampling unit (BFDV), a memory unit, a switching unit and a synchronization unit are introduced.

На фиг.1 представлена структурная схема цифровой адаптивной многолучевой антенной системы; на фиг.2 структурная схема блока формирования дополнительных независимых выборок; на фиг.3 структурная схема блока коммутации. Figure 1 presents the structural diagram of a digital adaptive multipath antenna system; figure 2 is a structural diagram of a block for the formation of additional independent samples; figure 3 is a structural diagram of a switching unit.

Цифровая адаптивная многолучевая антенная система содержит N-элементную ФАР с АЦП 1, БФДВ 2, блок 3 памяти, блок 4 коммутации, блок 5 компенсации, блок 6 лучеформирования, блок 7 синхронизации. БФДВ 2 содержит N комплексных умножителей (КУ) 8. Блок 4 коммутации содержит 2N коммутаторов 9 типа 2/1. The digital adaptive multi-beam antenna system contains an N-element phased array with ADC 1, BFDV 2, memory unit 3, switching unit 4, compensation unit 5, beamforming unit 6, synchronization unit 7. BFDV 2 contains N complex multipliers (KU) 8. Block 4 switching contains 2N switches 9 type 2/1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На первом выходе блока 7 синхронизации формируется меандр U1(см.фиг.4) с частотой fт/2, который подается на управляющий вход АЦП. Вследствие этого на выходах АЦП формируется дискретная последовательность векторов комплексных отсчетов
Х(n) [x1(n), x2(n),xN(n)]т с периодом 2/fт (где n дискретный момент времени).
At the first output of the synchronization unit 7, a meander U 1 is formed (see Fig. 4) with a frequency f t / 2, which is fed to the control input of the ADC. As a result, a discrete sequence of complex sample vectors is formed at the ADC outputs
X (n) [x 1 (n), x 2 (n), x N (n)] t with a period of 2 / f t (where n is a discrete time moment).

Векторы X(n) поступают на вход БФДВ 2, где каждый элемент xi(n) подвергается с помощью КУ 8 комплексному сопряжению и умножению на комплексную величину bi, i

Figure 00000001
(величины bi хранятся в блоке 3 памяти). На выходе БФДВ 2 формируются векторы комплексных отсчетов
Y(n) [y1(n), y2(n),yN(n)]т, связанные с Х(n) соотношением
Y(n) ПВX*(n), где П матрица перестановок;
В diag{bi}
При этом элементы вектора Y(n) описываются выражением
yi(n) bN-i+1x* N-i+1(n).The vectors X (n) are fed to the input of the BFDV 2, where each element x i (n) is subjected to complex conjugation and multiplication by the complex value b i , i using KU 8
Figure 00000001
(b i values are stored in memory block 3). At the output of BFDV 2 are formed vectors of complex samples
Y (n) [y 1 (n), y 2 (n), y N (n)] t related to X (n) by the relation
Y (n) PVX * (n), where P is the permutation matrix;
In diag {b i }
Moreover, the elements of the vector Y (n) are described by the expression
y i ( n) b N-i + 1 x * N-i + 1 (n).

В момент, предшествующий началу адаптации, осуществляются начальные установки в блоке 5 компенсации. At the time preceding the start of adaptation, the initial settings are made in the compensation unit 5.

В режиме адаптации на вход устройства поступает сигнал U4, соответствующий логическому нулю. При этом управляющий сигнал U2 блока 4 коммутации, формируемый на втором выходе блока 7 синхронизации, совпадает с сигналом U1, т. е. представляет собой меандр с частотой fт/2. Будучи поданным на управляющие входы коммутаторов 9, сигнал U2определяет подключение к входам блока 5 компенсации выходов АЦП при положительном полупериоде и выходов БФДВ 2 при отрицательном. Таким образом, на входах блока 5 компенсации с интервалом I/fт устанавливаются значения отсчетов векторов Х(n-1), Y(n-1), X(n), Y(n), X(n+1), Y(n+1).и т.д.In adaptation mode, the input of the device receives a signal U 4 corresponding to a logical zero. At the same time, the control signal U 2 of the switching unit 4, generated at the second output of the synchronization unit 7, coincides with the signal U 1 , i.e., it is a meander with a frequency f t / 2. Being applied to the control inputs of the switches 9, the signal U 2 determines the connection to the inputs of block 5 for compensating the outputs of the ADC with a positive half-cycle and the outputs of the BFDV 2 with a negative. Thus, at the inputs of the compensation unit 5 with an interval of I / f t , the values of the samples of the vectors X (n-1), Y (n-1), X (n), Y (n), X (n + 1), Y are set (n + 1)., etc.

В режиме адаптации на третьем выходе блока 7 синхронизации формируется сигнал U3, представляющий собой меандр с частотой fт. В соответствии с этим блок 5 компенсации работает с тактовой частотой fт. Сигнал U4, подаваемый на вход смены режима работы блока 5 компенсации, обеспечивает разрешение на запись в ОЗУ блока 5 компенсации.In the adaptation mode, at the third output of the synchronization unit 7, a signal U 3 is generated, which is a meander with a frequency f t . In accordance with this, the compensation unit 5 operates with a clock frequency f t The signal U 4 supplied to the input of the change in the operating mode of the compensation unit 5 provides a write permission to the RAM of the compensation unit 5.

В режиме адаптации в блоке 5 компенсации осуществляется рекуррентное формирование коэффициентов LDU-разложения выборочной оценки корреляционной матрицы (КМ) помех вида
R(n)

Figure 00000002
[X(n)X(
Figure 00000003
)+ Y(n)Y(
Figure 00000004
)] + Iε
(1)
По окончании режима адаптации сигнал U4 принимает значение, соответствующее логической единице. При этом на втором выходе блока 7 синхронизации формируется сигнал U2, совпадающий с сигналом U4. В результате воздействия логической единицы U2 на управляющий вход блока 4 коммутации входы блока 5 компенсации подключаются к выходам АЦП. Таким образом, на выходе блока 4 коммутации формируются векторы комплексных отсчетов Х(n) с тактовой частотой fт/2.In adaptation mode, in block 5 of the compensation, the coefficients of the LDU decomposition of the selective estimate of the correlation matrix (CM) of interference of the form are recurrently generated
R (n)
Figure 00000002
[X (n) X (
Figure 00000003
) + Y (n) Y (
Figure 00000004
)] + Iε
(1)
At the end of the adaptation mode, the signal U 4 takes on a value corresponding to a logical unit. In this case, at the second output of the synchronization unit 7, a signal U 2 is formed , which coincides with the signal U 4 . As a result of the influence of the logical unit U 2 on the control input of the switching unit 4, the inputs of the compensation unit 5 are connected to the outputs of the ADC. Thus, at the output of the switching unit 4, vectors of complex samples X (n) with a clock frequency f t / 2 are formed.

Одновременно с этим на третьем выходе блока 7 синхронизации формируется последовательность импульсов U3 с частотой fт/2 (см. фиг.4). Сигнал U3, будучи поданным на синхровход блока 5 компенсации, обеспечивает обработку поступающих векторов Х(n) с частотой fт/2. При этом логическая единица на входе смены режима работы блока 5 компенсации фиксирует содержимое ОЗУ блока 5 компенсации.At the same time, a sequence of pulses U 3 with a frequency f t / 2 is formed at the third output of the synchronization unit 7 (see Fig. 4). The signal U 3 , being fed to the clock input of the compensation unit 5, provides processing of the incoming vectors X (n) with a frequency f t / 2. In this case, the logical unit at the input of the change in the operating mode of the compensation unit 5 captures the contents of the RAM of the compensation unit 5.

В результате перехода от режима адаптации к режиму обработки в блоке 5 компенсации осуществляется вычисление векторов комплексных отсчетов вида
Z(n) R-1(Т)X(n), где Т объем обучающей выборки, использованной для получения оценки.
As a result of the transition from the adaptation mode to the processing mode, in the compensation unit 5, the vectors of complex samples of the form are calculated
Z (n) R -1 (T) X (n), where T is the volume of the training sample used to obtain the grade.

Далее векторы Z(n) поступают на вход блока 6 лучеформирования, где подвергаются линейному преобразованию вида
Q(n) S Z(n), где S матрица размера N х K, i-й столбец которой Si представляет собой комплексную огибающую сигнала, приходящего с ожидаемого i-го направления;
К число лучей.
Next, the vectors Z (n) are input to the beamforming unit 6, where they undergo a linear transformation of the form
Q (n) S Z (n), where S is a matrix of size N x K, the i-th column of which S i is the complex envelope of the signal coming from the expected i-th direction;
To the number of rays.

В результате на i-м комплексном выходе блока 6 лучеформирования формируется отсчет
Qi(n) Si R-1(т)X(n), (2) соответствующий выходному сигналу адаптивного пространственного фильтра, оптимального по критерию максимума отношению сигнал/(помеха + шум) в установившемся режиме.
As a result, a countdown is formed at the i-th complex output of the beamforming unit 6
Q i (n) S i R -1 (t) X (n), (2) corresponding to the output signal of the adaptive spatial filter, which is optimal according to the criterion of the maximum to the signal / (interference + noise) ratio in the steady state.

Оценка корреляционной матрицы помех R(n), вычисляемая в соответствии с формулой (1), учитывает априорную информацию о структуре КМ R, элементы которой rmj связаны соотношением
rN-j+1,N-m+1 fmj rmj, (3) где fmj 1/(bN-m+1 b*N-j+1).
The estimation of the interference correlation matrix R (n), calculated in accordance with formula (1), takes into account a priori information about the structure of the CM R, the elements of which r mj are related by
r N-j + 1, N-m + 1 f mj r mj , (3) where f mj 1 / (b N-m + 1 b * N-j + 1 ).

Соотношение (3) справедливо для линейных эквидистантных и плоских ФАР с прямоугольным и гексагональным расположением приемных элементов и амплитудно-фазовой неидентичностью их коэффициентов передачи. При этом хранящиеся в блоке 3 памяти комплексные коэффициенты bm определяются из выражения
bm aN-m+1/a*m, где am комплексный коэффициент передачи m-го приемного элемента.
Relation (3) is valid for linear equidistant and flat headlamps with a rectangular and hexagonal arrangement of receiving elements and the amplitude-phase non-identity of their transmission coefficients. In this case, the complex coefficients b m stored in the memory unit 3 are determined from the expression
b m a N-m + 1 / a * m , where a m is the complex transmission coefficient of the m-th receiving element.

Предлагаемое устройство позволяет добиться существенного повышения эффективности подавления помех в условиях малого объема обучающей выборки. В частности, основной выигрыш в эффективности реализуется уже при T

Figure 00000005
, где р число помех, [p] ближайшее целое, большее р (для прототипа при Т р).The proposed device allows to achieve a significant increase in the efficiency of noise reduction in a small training sample. In particular, the main gain in efficiency is realized already at T
Figure 00000005
, where p is the number of interference, [p] is the nearest integer greater than p (for the prototype at T p).

Claims (3)

1. ЦИФРОВАЯ АДАПТИВНАЯ МНОГОЛУЧЕВАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА, содержащая N-элементную фазированную антенную решеткку с аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) на выходах каналов каждого элемента, блок компенсации и блок лучеформирования, причем выходы блока компенсации подключены к соответствующим входам блока лучеформирования, выходы которого являются выходами устройства, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности подавления активных помех, введены блок формирования дополннительных независимых выборок (БФДВ), первая группа входов которого подключена к соответствующим выходам АЦП, блок памяти, выходы которого подключены к второй группе входов БФДВ, блок коммутации, первая группа входов которого подключена к соответствующим выходам АЦП, вторая группа входов подключена к соответствующим выходам БФДВ, а выходы подключены к соответствующим входам блока компенсации, блок синхронизации, вход которого объединен с входом смены режима работы блока компенсации, первый выход подключен к управляющему входу каждого АЦП, второй выход подключен к управляющему входу блока коммутации, а третий выход подключен к синхровходу блока компенсации. 1. A DIGITAL ADAPTIVE MULTI-BEAM ANTENNA SYSTEM containing an N-element phased antenna array with analog-to-digital converters (ADCs) at the channel outputs of each element, a compensation unit and a beamforming unit, the outputs of the compensation unit being connected to the corresponding inputs of the beamforming unit, the outputs of which are outputs devices, characterized in that, in order to increase the efficiency of suppressing active interference, the block for the formation of additional independent samples (BFDV), the first group of input whose dow is connected to the corresponding ADC outputs, a memory unit whose outputs are connected to the second group of BFDV inputs, a switching unit, the first group of inputs of which are connected to the corresponding ADC outputs, the second group of inputs is connected to the corresponding BFDV outputs, and the outputs are connected to the corresponding inputs of the compensation unit , a synchronization unit, the input of which is combined with the input of the change in the operating mode of the compensation unit, the first output is connected to the control input of each ADC, the second output is connected to the control input of the block switching, and the third output is connected to the sync input of the compensation unit. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что БФДВ содержит N комплексных умножителей, причем прямые синфазный и квадратурный входы i-го комплексного умножителя подключены соответственно к i-му синфазному и квадратурному входам второй группы, сопряженные синфазный и квадратурный входы i-го комплексного умножителя подключены соответственно к i-му синфазному и квадратурному входам первой группы, а синфазный и квадратурный выходы i-го комплексного умножителя подключены соответственно к (N-i+1)-му синфазному и квадратурному выходам БФДВ. 2. The system according to claim 1, characterized in that the BFDV contains N complex multipliers, the direct in-phase and quadrature inputs of the i-th complex multiplier connected respectively to the i-th in-phase and quadrature inputs of the second group, the conjugate in-phase and quadrature inputs of the i-th the complex multiplier are connected respectively to the i-th in-phase and quadrature inputs of the first group, and the common-mode and quadrature outputs of the i-th complex multiplier are connected respectively to the (N-i + 1) -th in-phase and quadrature outputs of the BFDV. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок коммутации содержит 2N коммутаторов типа 2/1, управляющие входы которых объединены и подключены к управляющему входу блока коммутации, причем первый вход (2i-1)-го коммутатора подключен к i-му синфазному, а первый вход 2i-го коммутатора к i-му квадратурному входам первой группы, второй вход (2i-1)-го коммутатора подключен к i-му синфазному, а второй вход 2i-го коммутатора к i-му квадратурному входам второй группы, выход (2i-1)-го коммутатора подключен к i-му синфазному и квадратурному выходу блока коммутации, i=1, 2, N. 3. The system according to claim 1, characterized in that the switching unit contains 2N switches of type 2/1, the control inputs of which are combined and connected to the control input of the switching unit, and the first input of the (2i-1) -th switch is connected to the i-th in-phase, and the first input of the 2nd i-th switch to the i-th quadrature inputs of the first group, the second input of the (2i-1) -th switch is connected to the i-th in-phase, and the second input of the 2nd i-switch to the i-th quadrature inputs of the second group , the output of the (2i-1) -th switch is connected to the i-th in-phase and quadrature output of the switching unit, i = 1, 2, N.
SU4809229 1990-04-02 1990-04-02 Digital adaptive multibeam antenna system RU2033670C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4809229 RU2033670C1 (en) 1990-04-02 1990-04-02 Digital adaptive multibeam antenna system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4809229 RU2033670C1 (en) 1990-04-02 1990-04-02 Digital adaptive multibeam antenna system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2033670C1 true RU2033670C1 (en) 1995-04-20

Family

ID=21505573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4809229 RU2033670C1 (en) 1990-04-02 1990-04-02 Digital adaptive multibeam antenna system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2033670C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2180986C2 (en) * 1998-06-23 2002-03-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Transceiver assembly for intelligent antenna system in mobile-communication base station
RU2265929C2 (en) * 1999-08-10 2005-12-10 Чайна Акэдеми Оф Телекоммьюникейшнс Текнолоджи Method for processing fundamental frequency band basing on intelligent antenna and noise suppression
RU2285335C2 (en) * 2000-04-11 2006-10-10 Чайна Акэдеми Оф Телекоммьюникейшнс Текнолоджи Method for processing signals of mobile cdma data transfer system
RU2354050C2 (en) * 2003-11-25 2009-04-27 Зте Корпорейшн Device and method for beams shaping in cdma communication system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ширман Я.Д. и Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь, 1981, с.332-336. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2180986C2 (en) * 1998-06-23 2002-03-27 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Transceiver assembly for intelligent antenna system in mobile-communication base station
RU2265929C2 (en) * 1999-08-10 2005-12-10 Чайна Акэдеми Оф Телекоммьюникейшнс Текнолоджи Method for processing fundamental frequency band basing on intelligent antenna and noise suppression
RU2285335C2 (en) * 2000-04-11 2006-10-10 Чайна Акэдеми Оф Телекоммьюникейшнс Текнолоджи Method for processing signals of mobile cdma data transfer system
RU2354050C2 (en) * 2003-11-25 2009-04-27 Зте Корпорейшн Device and method for beams shaping in cdma communication system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108462521B (en) Anti-interference realization method of self-adaptive array antenna
US4338605A (en) Antenna array with adaptive sidelobe cancellation
US4924235A (en) Holographic radar
US5917447A (en) Method and system for digital beam forming
JP2697648B2 (en) Decision feedback equalizer
US4577193A (en) Coherent sidelobe canceller for radar
US5473333A (en) Apparatus and method for adaptively controlling array antenna comprising adaptive control means with improved initial value setting arrangement
EP2095539A1 (en) Beamforming system and method
US6480154B1 (en) Method and system for digital beam forming
GB2130798A (en) Digital beam-forming radar
RU2033670C1 (en) Digital adaptive multibeam antenna system
EP1195017A2 (en) Method and apparatus for a digital phased array antenna
US4336607A (en) Beamformer having random access memory delay
US20050169359A1 (en) Apparatus and method for multi-channel equalization
EP1550177B1 (en) A method and a unit for beam control of an array antenna
JPH06261021A (en) Apparatus and method for use in cdma system
US10511380B2 (en) System and method for efficient wideband code division multiplexing in subband domain
US20190089054A1 (en) Techniques and Methods for Adaptive Removal of Analog Phase Errors in Frequency Division Multiplexed Digital Beam-Formers
CN1391373A (en) Multi-user disturbance eliminator
EP0459038B1 (en) Adaptive array processor
US4806939A (en) Optimization of convergence of sequential decorrelator
JPH0520706B2 (en)
GB2245102A (en) A frequency reuse phased array antenna system
EP0371133B1 (en) Holographic radar
RU2014680C1 (en) Adaptive array
点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载