9.4. Обработка сигнала адаптивной антенной решеткой

В адаптивных антеннах [111, 112, 155, 232, 299], применяющихся при конструировании приемников для максимизации искомого сигнала в присутствии помех, используются методы обработки сигнала, очень похожие на аналогичные методы в адаптивных фильтрах. В них, в большей степени, применяется пространственное разделение элементов антенны для получения параллельного набора выборок сигнала, а не частично обработанные или имеющие временные версии одномерного входного сигнала.  Ранее опубликованная работа по адаптивным антеннам [313] была, в первую очередь, связана с самофазирующими системами, излучающими энергию в том же направлении, что и принятый сигнал. В настоящее время такие системы применяются реже, и термин «адаптивная антенна» сейчас, почти исключительно, относится к методам создания в пространстве нулей диаграммы направленности, снижающим влияние непреднамеренных помех по соседнему каналу или умышленного глушения.

Такие процессоры, благодаря их способности автоматически реагировать на неизвестные помехи в среде распространения  в реальном масштабе времени, нашли широкое распространение в военном радиолокационном, гидроакустическом, навигационном оборудовании и линиях связи, где важным свойством является высокая скорость адаптации для быстрой генерации нулей. Применения в системах гражданского назначения,  таких, как КВ/УКВ спутниковые системы связи и системы радиовещания, предъявляют менее жесткие требования, поскольку скорость установления является обычно второстепенным параметром и, следовательно, можно использовать менее сложные адаптивные алгоритмы. Обычно устанавливается вид пеленгуемой помехи, и более важным оказывается получение удовлетворительного подавления при низкой стоимости. Оценивание пеленга [167, 168] – еще одна функция, которую можно реализовать с помощью антенн: либо путем непосредственного анализа принятых сигналов, либо путем преобразования значений весовых коэффициентов установившейся адаптивной антенной решетки для определения пеленга источника.

Для генерации нулей адаптивной антенной используется конфигурация процессора, очень похожая на адаптивный фильтр. В наипростейшей форме у него имеются два входа для подключения главной и вспомогательной антенн. Если сигналы являются сверхвысокочастотными, они обычно преобразуются на ПЧ, но перед суммированием с сигналом основного канала сигнал вспомогательного канала умножается на соответствующие весовые коэффициенты с помощью комплексной взвешивающей схемы (рис. 9.11). Для подавления помех комбинированный выходной сигнал поступает в цепь обратной связи и вычисляется его корреляция с сигналом вспомогательного канала для получения адаптивных весовых коэффициентов, минимизирующих сигнал, присутствующий в обоих каналах.

Рис. 9.11. Конфигурация когерентного подавителя боковых лепестков диаграммы направленности для адаптивной антенны.

Такой подход обычно используется в СВЧ – рефлекторных антеннах 3 – и 10 –сантиметрового диапазона с высокими коэффициентами усиления для подавления помехи, поступающей через боковые лепестки диаграммы направленности основной антенны. В данном когерентном устройстве подавления боковых лепестков (КУПБЛ) [154] (рис. 9.8) разница в усилении между основным лучом направленной антенны и антенной с более широким обзором или всенаправленной вспомогательной антенной приводит к тому, что искомые сигналы (такие как низкоуровневые эхо-сигналы радиолокаторов) принимаются только по основному каналу. В импульсном радиолокаторе, где такие эхо-сигналы присутствуют во время коротких периодов на протяжении полного интервала сканирования, их средняя энергия мала и, следовательно, отсутствует необходимость их вычитания, поскольку они вносят в результаты обработки сигнала незначительные искажения. Помеха поступает с боковых лепестков диаграммы направленности основной антенны в оба канала при примерно одинаковом уровне сигнала, и она автоматически устраняется в самоориентирующемся процессоре. К схеме, изображенной на рис. 9.11, необходимо добавить дополнительные вспомогательные каналы для обработки сигнала  при многочисленных возможных способах создания помех. Лубелл и Ребхен [200] дают пример применения КУПБЛ – методов в приемниках спутниковой связи.

Альтернативные варианты адаптивных антенн, основанные на полностью фазируемых антенных решетках, с целью адаптивного управления каждым отдельным элементом, применяются в линиях связи, радиолокации и навигации, но для них обычно необходимо, чтобы отдельный импульс искомого сигнала вычитался из комбинированного выходного сигнала, прежде чем он в виде сигнала ошибки поступит в цепь обратной связи.  Теоретически подобные - элементные адаптивные антенные решетки могут обрабатывать сигнал на фоне совокупности источников помех, число которых равно .