Пространственная обработка сигналов в цифровых антенных решетках

• Автор: Чиркунова, Жанна Владимировна
• Шифр специальности: 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список употребляемых сокращений

Введение

Глава 1. Анализ современного состояния проблемы обработки сигналов в ЦАР

1.1 Методы пространственной фильтрации

1.1.1 Модель оптимального весового вектора

1.1.2 Классификация алгоритмов оценки весового вектора

1.1.3 Основные ограничения методов, связанные с практической реализацией

1.2 Методы определения направления прихода сигнала

1.2.1 Понятие пеленгации источника помехи

1.2.2 Классификация алгоритмов определения направления прихода

Основные результаты главы
Глава 2. Исследование алгоритмов пространственной фильтрации сигналов
2.1 Математическая модель антенной решетки
2.2 Методы формирования диаграммы направленности
2.2.1 Метод Щелкупова
2.2.2 Метод "линейной системы"
2.2.3 Метод "нелинейной системы"
2.3 Исследование метода "нелинейной системы"
Основные результаты главы
Глава 3. Исследование алгоритмов определения направления прихода
сигналов
3.1 Классический MUSIC алгоритм
3.1.1 Математическое моделирование метода
3.1.2 Исследование полученной модели при вариации
различных параметров моделирования
3.2 Пространственно сглаженный MUSIC алгоритм
3.2.1 Математическое моделирование метода
3.2.2 Исследование полученной модели при вариации различных параметров моделирования
Основные результаты главы
Г лава 4. Реализация алгоритмов пространственной обработки сигналов в цифровой антенной решетке
4.1 Основные элементы канала ЦАР
4.2 Проектирование блока цифровой обработки сигналов
4.2.1 Общая структурная схема
4.2.2 Выбор цифровых вычислителей
4.2.3 Реализация схемы управления
4.2.4 Основная элементная база цифрового вычислителя
4.3 Разработка программного обеспечения цифровой антенной решетки
4.3.1 Программирование отдельных устройств блока цифровой обработки сигналов
4.3.2 Разработка программного обеспечения для управления

4.3.3 Реализация алгоритмов поиска сигналов
4.3.4 Реализация управления диаграммой направленности методом "нелинейной системы"
Основные результаты главы
Заключение
Список цитируемой литературы

Список употребляемых сокращений
ААР - адаптивная антенная решетка;
АР - антенная решетка;
АФАР - активная фазированная антенная решетка;
АФР - амплитудно-фазовое распределение;
АФМ- амплитудно-фазовый метод;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
БПФ - быстрое преобразование Фурье;
ДН - диаграмма направленности;
ОСПШ - отношение/(помеха + шум);
ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема;
ПО - программное обеспечение;
СВЧ - сверхвысокая частота;
УБЛ - уровень боковых лепестков;
ФАР - фазированная антенная решетка;
ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь;
ЦАР - цифровая антенная решетка;
ЦДОС - цифровая диаграммообразующая схема;
ЦСП - цифровой сигнальный процессор;
ФАР - фазированная антенная решетка;
CORDIC - Coordinate Rotation in a Digital Compute;
DOA-estimation - direction-of-arrival estimation;
DSP - Digital Signal Processing;
ESPRIT - Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques; MUSIC - Multiple Signal Classification;
SDMA - space-division multiple access;
SNR - Signal-to-noise ratio.

здесь а(фо) - вектор-столбец весовых коэффициентов, соответствующих углу сканирования ф0, п(&) - шум на входе системы для к-го сигнала. При этом уравнение для мощности может быть представлено в следующем виде
РсЪ
и(2 = Е Я (а(ф 0 )5(й:) + п(&))| = уЯа(ф0)| (ст+ст~),
где ст = /ф2 (А:)] и ст2 = с[л2 (/с)] мощность сигнала и шума на входе системы, соответственно. Отсюда совершенно очевидно, что выходная мощность максимальна, если лу = а(ф0). Следовательно, из всех возможных весовых коэффициентов оптимальными будут коэффициенты у - а(ф0), перестраивающие луч в направлении ф0.
Таким образом, в традиционной схеме для определения направления прихода необходимо сканировать лучом во всем секторе углов и измерять выходную мощность системы. С учетом последнего выражения выходная мощность в зависимости от угла прихода имеет следующий вид
РсЬ[ (ф) = и'//С/?йУУ = а// (Ф)С ЯЛа(ф).
В результате, если имеется оценка автокорреляционной матрицы и известны вектора столбцы весовых коэффициентов а(ф) для всех интересующих углов падения (посредством измерения или аналитического расчета), появляется возможность определить выходную мощность как функцию угла падения ф, называемую пространственным спектром. Соответственно направления прихода могут быть определены путем нахождения максимумов пространственного спектра, определяемого данной формулой. Реализация данного метода представлена в работе [85].
Рассмотренный метод задержек имеет множество недостатков. Его разрешающая способность определяется шириной основного луча решетки и уровнем боковых лепестков, поскольку уровень мощности на выходе системы для заданного направления зависит от всей мощности, поступающей на вход систе-