Развитие цифровых методов обработки сигналов многоканальных антенных решеток

• Автор: Королев, Константин Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 169 с. : ил.

I. Введение
II. Глава 1 Обзор методов обработки сигналов антенных решеток.
Основные положения, определения, представления
1.1. Антенные решетки. Описание, применение, методы анализа
1.2. Обоснование необходимости расширения понятия сигнал. Частотно-угловой спектр
1.3. Шумовая составляющая в четырехмерном пространстве
1.4. Основы теории статистических решений
(теория оптимального приема)
1.5. Функция правдоподобия в четырехмерном пространстве
1.6. Методика решения задачи оценки параметров сигнала
1.7. Методика оценки дисперсии параметров сигнала
1.8. Методика решения задачи выделения сигнала из шума
1.9. Коррекция выражения для функции правдоподобия
в интегральном виде
III. Глава 2 Разработка положений теории оптимального приема
в приложении к многоканальным антенным решеткам
2.1. Оптимальный прием сигнала с помощью прямоугольной антенной решетки
2.2. Оптимальный прием сигнала с помощью прямоугольной антенной решетки с учетом временных срезов данных
2.3. Оптимальный прием сигналов с помощью трехмерной антенной решетки
2.4. Влияние земной поверхности на прием сигналов
трехмерной антенной решетки
2.5. Антенные системы типа «Угол» и «Круг»
2.6. Калибровка антенных решеток
IV. Глава 3 Результаты модельных исследований при обработке
сигналов в угловой области
3.1. Характеристики антенной системы по модельным данным
3.2. Зависимость дисперсий параметров расчета.
Модельный расчет
3.3. Частотный диапазон квадратной антенной системы
3.4. Анализ частотного диапазона при различных
конфигурациях антенной системы
3.5 Дисперсия параметров плоской волны при различных
конфигурациях антенной системы
3.6. Результаты модельных исследований антенной системы
с добавлением временных срезов системы
3.7. Результаты модельных исследований трехмерной антенной решетки
3.8. Результаты модельных исследований антенной системы
«Круг-Z»
3.9. Предварительные результаты экспериментальных
исследований на многоканальной антенной системе
V. Заключение
VI. Список литературы
VII. Приложение

I. Введение
С развитием радиоэлектроники появляются возможности создания антенных решеток, состоящих из большого количества элементарных вибраторов. Широко известны синфазные антенные решетки [5], [13], [14], которые позволяют получать узкие диаграммы направленности в азимутальной и угломестной плоскостях. Известны линейные антенные решетки [5], [10], [20], фазовые соотношения на которых меняются линейно. В пеленгации ионосферных сигналов широко используются антенные решетки, элементарные вибраторы в которых располагаются по окружности различного радиуса [7], [12], [20]. Они с помощью фазирующей системы позволяют создавать однолепестковую вращающуюся диаграмму направленности в азимутальной плоскости. Также часто используются линейные антенные решетки типа «Квадрат», «Крест», «Угол». Это примеры аналоговой обработки пространственной информации, когда с помощью фазирующих элементов создаются диаграммы направленности антенных систем. Основой создания такого рода антенных решеток является фазирование, т.е. подстройка фазы сигналов отдельных вибраторов и их синфазное сложение с выделенного направления. Фактически аналоговым методом реализуется пространственное преобразование Фурье [38], [39], [41].
Дальнейшим развитием антенных решеток является раздельная, независимая обработка сигналов, принятых на каждом вибраторе. Это реализуется с помощью многоканальных приемников, входы которых подключаются к отдельным вибраторам, а выходные данные по промежуточной частоте в многоканальном АЦП преобразуются в цифровые отсчеты, которые затем поступают в ЭВМ. Такая схема создания антенных решеток является более сложной технически, однако она позволяет основную обработку сигналов перенести в ЭВМ. В качестве аналоговой обработки при этом будет выделение сигнала из шума, преобразование по частоте и усиление

Следовательно, шум является коррелированным. В этом случае учитывается поправка к функции правдоподобия в интегральном виде (1.9.5).
Одним из основных является вопрос об эффективности антенной системы при добавлении координаты времени. В настоящее время пространственная обработка сигнала и временная обработка производятся раздельно. В [1] при рассмотрении вопроса о необходимости совместной пространственно-временной обработки сигнала отмечается, что она необходима, если фронт волны не является плоским, а запаздывание огибающей сигнала по апертуре антенны сравнимо со временем корреляции сигнала. В противном случае оптимальная обработка разделяется на пространственную и временную. Однако плоская волна является единым процессом во времени и пространстве. Следовательно, ее параметры должны оцениваться по совместной информации, полученной во времени и пространстве.
Рассмотрим данный вопрос на основе положений теории оптимального приема. Запишем функцию правдоподобия для пространственно-временного сигнала в интегральной форме
Дифференцируя (2.2.3) по амплитуде II и приравнивая дифференциал нулю, получим оценку и'
где Т,Х,У - интервалы области интегрирования. Эта область является объемом трехмерного куба. Выражение (2.2.4) является частотно-угловым преобразованием Фурье. При сканировании по частоте со, по Кх и Кг можно
направленности. Ее максимум определяет решение: со = со0, Кх -Кх„, К’г = Кгп, й'=00. Можно показать, что максимум трехмерной диаграммы
(2.2.3)
Г X У
(2.2.4)
получить трехмерную (пространственно-временную) диаграмму