Перелік скорочень, умовних позначень та термінів

ФАР — фазована антенна решітка;

АР — антенна решітка;

ДС — діаграмма спрямованності;

ПКМ — просторова кореляційна матриця;

ВСШ —відношення сигнал-шум;

АК — автокомпенсатор;

ШЗ —шумова завада;

ЕОМ — електронно-обчислювальна машина;

Вступ

Фазовані антенні решітки (ФАР) є невід’ємною складовою сучасних і перспективних РЛС. Широке застосування ФАР в радіолокації пов’язане з їхніми численними перевагами над антенами інших типів, найважливішими з яких є швидкість сканування і простота формування та зміна діаграми спрямованості (ДС). Цей факт дозволяє створювати на базі ФАР адаптивні антенні системи.

Прийом сигналу за допомогою багатоелементних антенних решіток протягом тривалого часу залишається одним з основних методів рішення складних задач виявлення і оцінювання. Створення систем з антенними ришітками, що здійснюють автоматичне підстроювання характеристик відповідно до зміни умов прийому сигналу, стало можливим при появі недорогих міні-ЕОМ, що дозволяють реалізувати на їх основі відомі алгоритми теорії виявлення, оцінювання та управління. Здатність до адаптації робить системи з антенними решітками більш гнучкими і (що більш важливо) дозволяє підвищити ефективність прийому.

1. Обробка сигналів

1. Причини використання адаптивних решіток

Звичайні системи чутливі до зменшення відношення сигнал-шум ( ВСШ ), зумовленого неминучою присутністю поряд з корисним сигналом небажаних «шумових» сигналів, що надходять на вхід по бічних і (або) по головному пелюстках діаграми спрямованості антени. Ці сигнали можуть створюватися передавачами завад, відбиттям від місцевих предметів та інших джерел шуму. Зменшення ВСШ, крім того, може бути обумовлено рухом антени, невдалої її установкою, ефектами багатопроменевого поширення і змінною завадової ситуації.

Системи з адаптивними решітками залишаються предметом інтенсивних досліджень, оскільки дозволяють підвищити ефективність приймання корисних сигналів за наявності зазначених завад в радіо-, гідро локації, сейсмології та зв'язку. Основна причина пильної уваги до адаптивних антенних решіток полягає в здатності таких систем без апріорної інформації про ситуації завад автоматично виявити присутність джерел завад і пригнічувати їх сигнали на виході, покращуючи тим самим прийом корисного сигналу. У системах з адаптивними решітками можуть додатково приміняться інші методи придушення завад і при цьому результуюча ефективність буде набагато вища, ніж при звичайних широко використовуваних способах, як, наприклад, при використанні широкосмугових сигналів або гостро направлених антен.

Адаптивна антенна решітка являє собою систему, що складається з багатоелементної антенної решітки та адаптивного, працюючого в реальному масштабі часу, приймально-вирішального пристрою - процесора, що здійснює автоматичне підстроювання діаграми спрямованості для підвищення ефективності прийому корисного сигналу. Надійність систем з адаптивними антенними решітками вище , ніж надійність систем із звичайними антенними решітками. Діаграми спрямованості звичайної антенної решітки при виході з ладу одного з її елементів може істотно спотворити через збільшення рівня бічних пелюсток. У адаптивній решітці за рахунок автоматичного підстроювання інших елементів рівень бічних пелюсток буде зменшено до допустимого. Часто характеристики антенної решітки більшою мірою залежать від ефектів розсіювання в ближній зоні, ніж від діаграми спрямованості у вільному просторі. Наприклад, якщо антену з дуже малим рівнем бічних пелюстків встановити на літак, то через вплив крил і хвоста діаграма спрямованості повністю зміниться. Навіть в умовах таких сильних спотворень, обумовлених ефектами в ближній зоні, адаптивна решітка здатна забезпечувати задовільний прийом сигналу.

Робота адаптивної антенної решітки наочно характеризується її діаграмою спрямованості. Придушення завадового сигналу досягається за рахунок управління положеннями нулів діаграми спрямованості зменшення рівня бічних пелюсток в напрямку джерел завад. Умови прийому корисного сигналу при цьому не погіршується через підтримку постійної форми головної (або сигнальної ) пелюстки діаграми. Таким чином в адаптивних антенних решітках для збільшення вихідного ВСШ використовуються відмінності просторових характеристик сигналів і завад. Оскільки є можливість формування дуже глибоких нулів (дуже малих значень коефіцієнтів передачі), то можна забезпечити і дуже високе придушення завадових сигналів. Така виняткова здатність придушення завад є основною перевагою систем з адаптивними антенними решітками перед іншими системами, в яких для отримання порівняних величин придушення потрібні, як правило, сигнали з великим добутком тривалості корисного сигналу на смугу пропускання. Адаптивні антенні решітки іноді називають «самонавчальними», так як в них, на відміну від звичайних решіток, здійснюється підстроювання характеристик відповідно до поступання інформації про сигнал.

Далі будуть розглядатися можливості вирішення практичних завдань прийому корисного сигналу на тлі завад за допомогою адаптивних антенних решіток з урахуванням їх здатності виділяти і розпізнавати сигнали в просторовій і частотній областях, а також по поляризації. В даний час основним плюсом таких систем вважається адаптивне формування нулів діаграми спрямованості, що забезпечує автоматичне придушення завад , діючих по бічних пелюстках, що є важливим засобом боротьби з радіопротидією в радіолокації. Адаптивні антенні решітки можуть бути спроектовані таким чином, щоб забезпечувались такі традиційні можливості решіток, як самофокусування при прийомі і спрямоване переопромінювання. Поряд з можливостями придушення завад та управління діаграмою спрямованості адаптивні решітки дозволяють також реалізувати на їх основі системи картографування радіолокації з високою кутовою роздільною здатністю. Слід відрізняти адаптивні передавальні антенні решітки, що забезпечують самофокусування і переопромінення, від адаптивних прийомних антенних решіток, які достатньо відрізняються.