Пространственная фильтрация сигналов при неточной калибровке антенной решетки

Введение. Пространственная фильтрация сигналов (ПФС) реализуется при перекрытии спектров сигналов разных источников радиоизлучения для выделения интересующих. Качество ПФС зависит от точности калибровки антенной решетки (АР), которая позволяет оценить амплитудно-фазовое распределение (АФР) при всех возможных направлениях прихода и обеспечивает идентичность трактов приема. Несоответствие фактического АФР измеренному приводит к ухудшению качества при всех методах ПФС.

Цель работы. Разработка метода повышения качества ПФС, основанного на оценках направлений прихода полезного и мешающих сигналов c помощью MUSIC и ESPRIT при неточной калибровке АР.

Материалы и методы. Для повышения качества ПФС применена режекция неподавленных из-за неточно измеренного АФР АР мешающих сигналов. Исследование проведено статистическим имитационным моделированием в MATLAB и обработкой данных натурного эксперимента.

Результаты. Разработан метод ПФС на основе MUSIC и ESPRIT с дополнительной режекцией мешающих сигналов, неподавленных из-за неточной калибровки АР. Обоснован алгоритм построения базиса для режекции при априорной неопределенности сигнально-помеховой обстановки. Результаты статистического имитационного моделирования и обработка данных натурного эксперимента свидетельствуют об эффективности дополнительной режекции, примененной к выделенным сигналам.

Заключение. Разработанный метод ПФС в условиях априорной неопределенности сигнально-помеховой обстановки при неточной калибровке АР и трактов приема обеспечивает показатели качества ПФС в широком динамическом диапазоне уровней полезного и мешающих сигналов. Тогда как известный метод Кейпона, требующий априорного знания направления прихода полезного сигнала или его оценки, в условиях неточного амплитуднофазового распределения выделяет только слабые относительно шума сигналы и подавляет сильные.

1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1989. 440 с.

2. Robust Adaptive Beamforming / ed. by J. Li and P. Stoica. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2006. 445 p.

3. Fernández-Prades C., Arribas J., Closas P. Robust GNSS receivers by array signal processing: Theory and implementation // Proc. of the IEEE. 2016. Vol. 104, № 6. P. 1207–1220. doi: 10.1109/JPROC.2016.2532963

4. Balanis C. A., Ioannides P. I. Introduction to smart antennas Berlin: Springer, 2007. 183 p. / Synthesis Lectures on Antennas. Vol. 5. P. 1–179.

5. Stevanovic I., Skrivervik A., Mosig J. R. Smart Antenna Systems for Mobile Communications: FINAL REPORT // Laboratoired Electromagnetisme et d’Acoustique Ecole Polytechnique Federale de Lausanne. CH-1015. URL: https://www.academia.edu/24560455/Smart_Antenna_Systems_for_Mobile_Communications_FINAL_REPORT_ECOLE_POLYTECHNIQUE_FEDERALE_DE_LAUSANNE (дата обращения 21.12.2020).

6. Иванов Н. М., Шевченко В. Н. Адаптивная обработка совокупности сигналов в антенных решётках с расширенной полосой приёма // Изв. вузов. Радиофизика. 2022. Т. 65, № 12. С. 1015–1027.

7. Roy R., Kailath T. ESPRIT-Estimation of signal parameters via rotational invariance techniques // IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signal Processing. 1989. Vol. 37, № 7. P. 984–995. doi: 10.1109/29.32276

8. Шевченко М. Е., Горовой А. В., Соловьев С. Н. Пространственная фильтрация перекрывающихся по спектру сигналов // Вопр. радиоэлектроники. 2019. № 12. C. 27–33. doi: 10.21778/2218-5453-2019-12-27-33

9. Application of MUSIC and ESPRIT methods in adaptive smart antennas / M. E. Shevchenko, V. N. Malyshev, A. V. Gorovoy, S. N. Soloviev, A. H. Kelian // Proc. of 2021 Antenna Design and Measurement Intern. Conf. (ADMInC 2021). 24–26 Nov. 2021. P. 71–74.

10. Особенности применения методов MUSIC и ESPRIT в адаптивных смарт-антеннах / М. Е. Шевченко, В. Н. Малышев, А. В. Горовой, С. Н. Соловьев, А. Х. Кельян // Антенны и распространение радиоволн: сб. докл. Всерос. науч.-техн. конф. СПб., 24–26 нояб. 2021. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2021. С. 99–102.

11. Интервальное и точечное пеленгование источников радиоизлучения при широкополосном радиомониторинге / М. Е. Шевченко, В. Н. Малышев, С. С. Соколов, А. В. Горовой, C. Н. Соловьев, Н. C. Стенюков // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2020. Vol. 23, № 6. С. 28–42. doi: 10.32603/1993-8985-2020-23-6-28-42

12. Богданович В. А., Вострецов А. Г. Теория устойчивого обнаружения, различения и оценивания сигналов. 2-е изд. М.: Физматлит, 2004. 320 с.

13. Богданович В. А., Вострецов А. Г. Асимптотически робастные алгоритмы демодуляции сигналов с подавлением помех множественного доступа // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55, № 8. С. 953–960.

14. Богданович В. А. Асимптотические инвариантные алгоритмы обнаружения и различения сигналов // Электросвязь. 1992. № 10. С. 9–12.

15. Вулих Б. З. Введение в функциональный анализ. 2-е изд. М.: Наука, 1967. 416 с.