5. 1.2 Помехоподавление.

Алгоритмы помехоподавления направлены на увеличение отношения мощности полезного сигнала к мощности активной шумовой помехи на выходе АФАР. Для этого в БПО используются два алгоритма: метод подстройки весов вспомогательных каналов и метод сдвига диаграммы. Оба метода представлены в двух вариантах. Первый может подстраивать весовые коэффициенты выходов вспомогательных подрешеток или суммировать с подбором весовых коэффициентов выходы цифровых лучей. Второй метод сдвигает диаграмму АФАР в заранее определенную позицию или выбирает наилучший выход из матрицы цифровых диаграмм с фиксированными сдвигами.

Метод подстройки весов позволяет работать с несколькими источниками шумовых помех, но не позволяет подавлять помехи в главном лепестке. Метод сдвига диаграммы предназначен для подавления помех именно в главном лепестке, но может работать только с одним источником помехи.

1.2.1. Метод подстройки весовых коэффициентов.

Для того чтобы АФАР могла эффективно подавлять помехи, источники которых расположены вне главного лепестка ДНА, в ее составе требуется иметь вспомогательные излучатели (работающие на прием). В АФАР ТА110 роль таких излучателей играют 8 вспомогательных подрешеток, выделенных из числа подрешеток антенного полотна, т.е. реализуется схема упрощенной адаптивной решетки, рис. 13. Это снижает требования по производительности БПО в части адаптации, но также снижает и степень подавления помех.

Рис. 13. Упрощенная адаптивная АР.

На этом рисунке изображена схема упрощенной адаптивной ФАР. Прямоугольные элементы подстройки с весами W₁-W₄ предназначены для формирования исходной ДНА. Круглые элементы подстройки с весами W₅-W₇ являются вспомогательными и предназначены для формирования провала в ДНА в направлении на источник помех. Побочным эффектом отстройки от помехи является некоторое смещение максимума главного лепестка и, как следствие, уменьшение уровня полезного сигнала. Однако, отношение сигнал/помеха будет увеличено.

Известно, что в процессе адаптации к помехе, алгоритм подстраивает веса таким образом, что помимо основного лепестка ДН АФАР появляется и дополнительный, формируемый вспомогательными излучателями, направленный на источник помехи. Таким образом, алгоритм производит пространственную селекцию цели и помехи, а результирующая ДНА является разностью основной (без помехи) и вспомогательной ДНА.

Алгоритм подстройки весов максимизирует отношение сигнал/шум+помеха (ОСШП), выраженное функционалом качества

Ф(W)=W^HAW/ W^HMW

где W – вектор весовых коэффициентов (ВВК);

H - знак эрмитова сопряжения.

A – ковариационная матрица сигнала:

A = α_с²S^* S^T = α_с²

где α_с² – мощность полезного сигнала;

S - единичный вектор сигнала, приходящий с направления цели;

s_i – компоненты вектора S, вычисленные для заданного направления цели;

^* - знак комплексного сопряжения;

^T - знак транспонирования.

M – ковариационная матрица помех+шума:

M = X* X^T =

где X - вектор выходного сигнала АФАР в отсутствие сигнала от цели;

x_i – компоненты вектора X (сигналы подрешеток, содержащие только собственный шум и сигнал непрерывной шумовой помехи).

Компоненты матрицы M являются усредненными по времени произведениями (ковариации сигналов различных подрешеток). Практически для получения ковариационной матрицы сигналов используется процедура усреднения результатов наблюдения произведений компонент сигналов в различных каналах в течение некоторого интервала времени Т по формуле

где N – число измерений (выборок) элементов ковариационной матрицы за интервал наблюдения Т (или объем обучающей выборки);

j – номер выборки.

Эта оценка ковариационной матрицы называется «максимально правдоподобной». От объема обучающей выборки зависит точность оценки матрицы и качество подавления помехи. Временные интервалы между выборками должны браться не менее интервала корреляции шумов.

Определение вектора весовых коэффициентов W, исходя из условия максимума функционала, составляет решение задачи оптимизации соответствующего функционала. Выражение для ВВК, являющегося решением задачи оптимизации соответствующего функционала в зависимости от параметров помеховой обстановки, геометрии и других параметров антенны, называется оптимальным законом подбора ВВК.

Решением задачи с линейным ограничением для функционала ОСШП является оптимальный ВВК, определяемый по формуле:

W_o =μM^-1S*

где μ – масштабный коэффициент

S - единичный вектор сигнала с направления на цель

* - знак комплексно-сопряженной величины.

Вычисление обратной матрицы большого размера является сложной вычислительной задачей, поэтому на практике чаще используются итерационные процедуры подбора ВВК.

Одним из основных итерационных методов оптимального подбора ВВК является градиентный метод оптимизации функционала. В этом методе закон итерационного изменения весов имеет вид:

W(j+1)=W(j) - k (MW-µS*).

Для вычисления оптимального значения вектора весов W_o можно применить цифровой аналог схемы, реализующей итерационную процедуру поиска оптимального W_o.

Графически, схема для одного канала подстройки весового коэффициента изображена на рис. 14:

Рис. 14. Схема подстройки весового коэффициента

Настройка весов (цикл адаптации) происходит в специально отведенный интервал времени, когда передатчик не излучает и не ожидается прихода отраженных сигналов. Перед приемом отраженного сигнала весовые коэффициенты основных приемных каналов настраиваются в соответствии с заданной ДНА, а весовые коэффициенты вспомогательных каналов остаются такими, какими они стали в цикле адаптации.

Альтернативой является второй вариант метода подстройки весов, в котором в схему подавления помех заводятся не выходы вспомогательных подрешеток, а выходы цифровых лучей. Эти выходы взвешенно суммируются. Метод обладает хорошими показателями подавления помехи вблизи и на краях главного лепестка.