Адаптивные антенные системы с корреляционной обратной связью

Вначале рассмотрим принцип работы ААС с корреляционной обратной связью, в которых операции накопления полезного сиг­нала и компенсации помех разделены. В этих системах в результате когерентного неадаптивного весового суммирования полезного сигнала формируется неуправляемый основной канал приема, обладающий остронаправленной ДН. Кроме того, в k-канальной ААС формируется k-1 слабонаправленных (перекрывающих боковые лепестки) управляемых адаптивно компенсационных каналов с разной амплитудной или фазовой структурой. Напряже­ния компенсационных каналов, суммируясь с напряжением основного канала (с соответствующими весовыми коэффициентами), осуществляют автоматическую когерентную компенсацию прини­маемых по боковым лепесткам основной антенны колебаний поме­хи, что равносильно формированию у системы результирующей ДН с провалами в направлениях на источники помех. На рис. 9.6 показан примерный вид результирующих ДН ААС.

Рис. 9.6. Примерный вид диа­граммы направленности ААС в отсутствие помех (кривая 1)и при воздействии помех, располо­женных под углами

(кри­вая 2)

Рис.9.7. Структурная схема простейшего устройства ком­пенсации

Напряжения, управляющие весовыми коэффициентами компен­сационных каналов, формируются под действием корреляционной обратной связи с выхода на вход устройства обработки. Эту об­ратную связь называют корреляционной, так как управляющие на­пряжения формируются с помощью корреляторов, на входы кото­рых подаются выходное напряжение и компенсационные напря­жения. Простейшее одноканальное устройство компенсации изображения на рис.9.7.

Как видно из вышеизложенного, рассматриваемые системы представляют собой совокупность основной и компенсационных ан­тенн, а также устройства когерентной автокомпенсации помех с корреляционной обратной связью (корреляционный автокомпен­сатор).

Рассмотрим возможности создания устройств, обеспечивающих автоматическую компенсацию помех независимо от амплитудно-фазовых соотношений их напряжений на входах каналов автоком­пенсатора. Одним из простейших устройств такого типа является одноканальный квадратурный автокомпенсатор (рис. 9.8). В этом устройстве компенсационный канал состоит из двух ква­дратурных подканалов. В-каждом подканале имеются усилитель с управляемыми коэффициентом передачи УУ и коррелятор (соче­тание умножителя и интегратора), выходное напряжение которого регулирует коэффициент усиления. С помощью фазовращателя (ФВ) достигается фазовый сдвиг 90° между напряжениями в ква­дратурных подканалах.

Для большей наглядности рассмотрение принципа работы ав­токомпенсатора начнем с простейшего случая, когда и представляют собой гармонические напряжения одной частоты, отличающиеся друг от друга амплитудами и фазами. Векторная диаграмма напряжений в автокомпенсаторе для этого слу­чая изображена на рис. 9.9. Вектор может быть представлен в виде суммы двух составляющих: одной , совпадающей по фазе с (либо противофазной), и другой квадратурной ей. Для полной компенсации помехи достаточно порознь ском­пенсировать каждую из этих составляющих. Последнее осуществ­ляется с помощью соответст­вующих квадратурных подка­налов, на выходах которых в установившемся режиме и при полной корреляции формиру­ются компенсирующие напря­жения:

. (9.14)

Рис. 9.8. Структурная схема одноканального квадратурного автокомпенса­тора

(УУ— усилитель с управляемым коэффициентом передачи)

Рис. 9.9. Векторная диа­грамма напряжений в ав­токомпенсаторе

Соответственно результирующий вектор суммарного напряжения компенсационных подканалов оказывается равным и противофазным поступающему на вход сумматора напряжению .

При использовании сигналов большой длительности время адаптации необходимо выбирать небольшим. При этом возникает необходимость принимать спе­циальные меры по защите главного лепестка ДН. Для этого могут быть использованы вре­менные, частотные и пространственные различия сигнала и помех, а также алгоритмические методы.

При использовании временных различий весовые коэффици­енты (например, и ) могут формироваться путем временного стробирования помех в моменты отсутствия приема отражен­ных от цели импульсов. Полученные весовые коэффициенты «замо­раживаются», т. е. сохраняются на определенное заданное время (например, на период зондирования).

Использование частотных различий возможно в тех случаях, когда помеха имеет составляющие частотного спектра, не перекры­вающиеся спектром полезного сигнала. Эти составляющие (с по­мощью соответствующих частотных фильтров) могут быть выделе­ны и использованы для управления цепями адаптации. В этом слу­чае, как и при использовании временных различий, обеспечивается формирование близких к оптимальным весовых коэффициентов и в основном устраняется неполная компенсация помех. Однако не устраняется возможность изменения (уменьшения либо увеличения в зависимости от фазовых соотношений между U_С0 и U_CK) ампли­туды сигнала за счет его составляющей, проникающей из компен­сационного канала.

К этим методам относятся: предварительная пространственная фильтрация, предотвращающая прием полезного сигнала компен­сационными антеннами; применение пилот-сигнала; ограничения при формировании весовых коэффициентов, исключающие возмож­ность искажений главного максимума ДН.

Кратко рассмотрим некоторые варианты устройств, реализую­щих первые два метода, причем в первую очередь остановимся на системе с использованием сравнительно слабонаправленных ком­пенсационных антенн, ДН которых обладают провалом в направ­лении главного лепестка антенны основного канала. В варианте, структурная схема которого изображена на рис.9.10, с выходов управляемых фазовращателей, осуществляющих сканирование главного луча, снимаются напряжения, формирующие ДН основ­ной и компенсационной антенн. Первую ДН получают весовым суммированием соседних элементарных напряжений остальные - поэлементным вычитанием элементарных напряжений. Диаграммы направленности в компенсационных антеннах имеют провалы в направлении главного луча ДН основной антенны. Возможны раз­личные сочетания отдельных разностных ДН, обеспечивающие по­лучение нескольких (от одной до п—1) ДН, обладающих требуе­мыми (по направлению и конфигурации) провалами.

На рис. 9.11 показан вариант антенной системы , в котором с помощью лучеобразующей матрицы и n-элементной антенной решетки формируется до п ортогональных ДН (лучей). В зави­симости от направления прихода полезного сигнала любая из этих ДН может быть основной, а остальные — компенсационными. При этом благодаря ортогональности ДН с направления, соответству­ющего максимуму любого луча, отсутствует прием для всех осталь­ных лучей. Тем самым исключается прием полезного сигнала ком­пенсационными антеннами.

Рис. 9.10. Структурная схема адаптивной антенной системы

с использованием компенсационных антенн

Рис. 9.11. Структурная схема адаптивной антенной системы,

в которой формируется п ортогональных ДН (лучей)