Thuật toán xử lý không gian thích nghi các tín hiệu ở mạng anten số

Chia sẻ: Wang Ziyi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu nhằm để giải quyết hiệu quả bài toán phát hiện mục tiêu của đài radar trong điều kiện nhiễu và mục tiêu phức tạp cần phải sử dụng hiệu quả hơn sự khác biệt trong cấu trúc các tín hiệu thu ở các mốc không gian và thời gian. Trong mối quan hệ này thì mạng anten số có một loạt những ưu điểm, cho phép thay đổi theo chương trình hay thích nghi hình dạng và định hướng không gian của Giản đồ hướng mạng anten tương ứng với tình huống radar xảy ra. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thuật toán xử lý không gian thích nghi các tín hiệu ở mạng anten số

Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) +ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7
THUẬT TOÁN XỬ LÝ KHÔNG GIAN THÍCH NGHI CÁC TÍN HIỆU Ở MẠNG ANTEN SỐ Lê Ngọc Uyên và Nguyễn Trung Thành Viện Ra đa, Viện Khoa học và Công Nghệ Quân sự/ Bộ Quốc phòng Email: uyenvrd2006@gmail.com, ntt7680@gmail.com. Abstract— Để giải quyết hiệu quả bài toán phát hiện mục thu được số hoá trực tiếp ở ngay đầu ra của từng phần tử tiêu của đài radar trong điều kiện nhiễu và mục tiêu phức tạp anten. Sơ đồ cấu trúc đơn giản phần thu của loại ra đa mô tả ở cần phải sử dụng hiệu quả hơn sự khác biệt trong cấu trúc các hình 1. Trong đó tất cả có 2n+1 phần tử anten tín hiệu thu ở các mốc không gian và thời gian. Trong mối quan hệ này thì mạng anten số có một loạt những ưu điểm, cho an ,..., a0 ,....an với giản đồ đẳng hướng tạo nên hệ tương tự phép thay đổi theo chương trình hay thích nghi hình dạng và biến đổi trường điện từ ở đầu vào mạng anten thành tín hiệu định hướng không gian của Giản đồ hướng mạng anten tương vô tuyến ở tần số mang của các modul thu thực hiện bài toán ứng với tình huống radar xảy ra. Những khả năng của mạng khuếch đại, biến đổi tần số và lọc tín hiệu cao tần không phụ anten số cho phép giải quyết có hiệu quả tối ưu hoá xử lý thuộc vào từng kênh phần tử thu. Tương ứng với các tham số không gian - thời gian các tín hiệu trong điều kiện bất định tiền định về cấu trúc và tham số phản xạ nhiễu. tin tức của tín hiệu (biên, tần, pha) kênh thu là phần tử tuyến Keywords- Mạng anten số, xử lý không gian thích nghi, Tín tính. Các tín hiệu đầu ra kênh thu biến đổi thành dạng số trực hiệu trực giao, Tổng hợp giản đồ hướng. tiếp ở trung tần hay ở các kênh cầu phương khi sử dụng tách pha cầu phương. Các tín hiệu số song song đưa tới đầu vào tổ I. ĐẶT VẤN ĐỀ hợp tính toán số (máy tính chuyên dụng) thực hiện các bài Ở các đài ra đa hiện đại sử dụng những phương pháp số, toán xử lý tín hiệu nhận được nhờ các nhóm phần tử trong phương tiện số, đã vượt ra ngoài những giới hạn giải quyết mạng an ten. những bài toán xử lý tin tức. Khuynh hướng ứng dụng các phương pháp số tạo các tín hiệu thăm dò (phát) cho phép mở rộng đáng kể khả năng tin tức của đài Rađa như các nguồn tin tức đa chức năng. Phương pháp số với những kết quả sử dụng để giải quyết các bài toán tạo các tia, điều khiển giản đồ hướng anten chỉnh sự méo của phương pháp pha. Với phương pháp số điều khiển phương pháp pha có thể xây dựng hệ thống chỉnh sửa sai số có hiệu quả khi bức xạ theo vị trí góc của giản đồ hướng. Đồng thời tạo và điều khiển giản đồ hướng của mạng anten nhất thiết lập pha của các phần tử, nói chung là nó liên quan đến tổn hao năng lượng. Kết quả là, những khả năng tạo các tia có hình dạng theo yêu cầu sẽ hạn chế. Đồng thời cũng hạn chế khả năng tạo đồng thời nhiều tia, tức giản đồ hướng nhiều tia. Vì vậy, trong tương lai, tiện lợi hơn cả là tạo tia bằng phương pháp số các tia giản đồ hướng ở thị tần và tạo phát đặc trưng không gian của an ten nhờ cộng trọng lượng các tín hiệu đầu ra phức từ từng phần tử (nhóm phần tử) của mạng anten đã được biến đổi về dạng số. Tiếp đó, việc cân nhắc trọng lượng và cộng có thể thực hiện nhờ các thiết bị số, Hình 1. Sơ đồ cấu trúc đơn giản tuyến thu radar với mạng anten thay vì các khối cao tần tương tự. Khi đó ta có mạng anten số. số Nghiên cứu lý thuyết và kĩ thuật sử dụng các phương pháp Ra đa với mạng anten số so sánh với Ra đa có anten mạng số tạo và điều khiển giản đồ hướng của mạng anten phát, thu pha có những ưu điểm sau: là một trong những hướng phát triển của tương lai. - Không bị mất mát do xoay pha. Phương pháp số và kĩ thuật tính toán trong rađa có thể tiếp - Không bị hạn chế về sử dụng các phương pháp xử lý số cận từng bước tới Ra đa bằng mạng an ten số, trong đó tín hiệu đặc biệt với tín hiệu thu và dữ liệu Ra đa. ISBN: 978-604-67-0635-9 297
Hội+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7
Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) - Xuất hiện khả năng tạo nhiều tia điều khiển không phụ trữ của các phương pháp được ứng dụng cũng như các thuật thuộc với giản đồ hướng của an ten. toán xử lý tin tức và điều khiển, đảm bảo nâng cao được hiệu Để giải quyết hiệu quả bài toán Ra đa hiện đại, ưu điểm sau suất về tổng thê. Đồng thời khi số hoá các tín hiệu thu được ở cùng là quyết định. Khi đó thực hiện bằng phương pháp số tất đầu ra từng cụm mạng anten để tạo giản đồ hướng và xử lý các cả các chức năng chính hoạt động của Rađa là cơ bản, trong tín hiệu (đặc biệt là xử lý không gian) yêu cầu thiết bị tính quá trình thu các tín hiệu phản xạ hay bức xạ từ các đối tượng toán tốc độ rất cao. Chính vì vậy, khi tạo giản đồ hướng mạng khác: Tạo giản đồ hướng nhiều tia của mạng anten (Mạng anten số khi thu thường dẫn đến hợp nhất các phần tử thu của anten), điều khiển giản đồ hướng mạng anten, xử lí các tín mạng thành mạng con (modul), bên trong chúng là hợp nhất hiệu thu và các dữ liệu Ra đa, thích nghi với sự thay đổi môi các tín hiệu thu (tạo giản đồ hướng của các modul) thực hiện trường ngoài. nhờ các thiết bị tương tự, sau đó tín hiệu đầu ra của mạng con Sử dụng kĩ thuật tính toán số ở tất các bước thu thập, xử lí biến đổi thành dạng số và tất cả các bước xử lý tiếp theo là tin tức Ra đa, ngoài những ưu việt liên quan đến những đặc thực hiện trên số. Số các phần tử bức xạ liên kết thành mạng trưng kĩ thuật (ổn định các tham số, tin cậy và đơn giản trong con theo thiết kế cụ thể và tương ứng với tài nguyên tính toán chuyển chương trình…) đảm bảo mở rộng chức năng tăng đặc cụ thể. Lưu ý rằng, các modul càng lớn trong mạng thu số thì trưng chất lượng nhờ: điều khiển chức năng càng phức tạp, càng bị tiêu hao theo hiệu - Mở rộng phạm vi các bài toán cần giải quyết, ứng dụng suất điều khiển so với mạng anten số hoá các tín hiệu đầu ra các phương pháp và thuật toán hiện đại do sử dụng những của từng phần xử lý bức xạ. thành quả mới. Tính toán những điều kiện ban đầu đã nêu và trên cơ sở - Ứng dụng cấu trúc thích nghi đảm bảo giải quyết có hiệu phân tích những kết quả nghiên cứu thiết kế đã biết sơ đồ cấu quả những bài toán Rađa trong điều kiện phức tạp thay đổi trúc sơ bộ của rađa đa chức năng với modul mạng anten và tạo nhanh. số giản đồ hướng khi thu, hình 2. Sơ đồ thể hiện ở Hình 1 liên kết các kênh thu Rađa với mạng anten và máy tính chuyên dụng, về thực chất là sơ đồ tính toán dạng chuyên dụng để giải quyết các bài toán cơ bản thu, xử lí tin tức Ra đa - đó là hệ thời gian thực gồm tất cả phương tiện tính toán thời gian thực được thực hiện những thuật toán tổng thể vận hành hệ thống. Thuật toán tổng thể hệ thống gồm giải quyết những bài toán rời rạc, lượng tử tín hiệu, xử lý không gian các tín hiệu, cắt nhiễu tiêu cực, tích luỹ tín hiệu, phát hiện, ước lượng toạ độ, nhận dạng, bám và hàng loạt những tính toán khác về mục tiêu. Những kết qủa tính toán ở rất nhiều nguồn tài liệu chỉ ra rằng để thực hiện những thuật toán cơ bản trong xử lí số các tín hiệu cần sự tác động nhanh của hệ tính toán. Rađa đa chức năng có loại là hệ thống với mạng anten cố định, cho phép thực hiện quét diện tia theo hai toạ độ: phương vị β, góc tà ε. Để quét 3600 theo góc phương vị thường là liên kết 4-5 bộ mạng anten. Khi đó hoàn toàn loại bỏ việc quay anten và không còn hạn chế nhịp độ quét không gian và bám mục tiêu trong điều kiện nhiễu phức tạp, song kích thước, tính Hình 2. Sơ đồ cấu trúc sơ bộ của rađa đa chức năng với modul phức tạp, giá thành cũng cao với công nghệ cũ. mạng anten và tạo số giản đồ hướng khi thu Những khả năng về kĩ thuật tính toán số và những khả năng của các hệ thống điều khiển tối ưu cho phép ngày nay tạo Thành phần của sơ đồ gồm các hệ thống con cơ bản: được cách xay dựng đài rađa đa chức năng hỗn hợp về nguyên 1. Phần tạo và điều khiển giản đồ hướng mạng anten tắc, thực hiện chế độ quay anten và quét điện giản đồ hướng. một tia phát, trong thành phần của hệ này gồm các khối tạo và khi đó sử dụng mạng anten phẳng duy nhất đảm bảo quét điện phân chia các tín hiệu phát, bộ xử lý điều khiển tia giản đồ theo phương vị và góc tà đồng thời với quay mạng anten theo hướng của anten, các mặt điều khiển các cum Mҥng anten và phương vị như chuyển động cơ. Đài sẽ có chỉ số chất lượng hệ thống các bộ dịch pha điều khiển ở đầu vào từng bộ bức xạ cao hơn, song kích thước và giá thành cũng cao. phát. Tiếp tục phát triển, tính đến yếu tố những phép toán cơ bản 2. Phần tạo các mạng con, khuếch đại, dao dộng tương tạo giản đồ hướng phát và thu, xử lý tin tức và phân bố tại can, tạo số các tín hiệu ở đầu ra mođul mạng anten. Trong nguyên thời gian, năng lượng ở rađa đa chức năng với mạng thành phần của các hệ này gòm các bộ cộng, các mođul thu anten cố định và mạng anten quay không có khác biệt về thực gồm khuếch đại cao tần, biến đổi tần số, khuếch đại trung tần, chất khi xem xét các phương pháp các thuật toán các bài toán tách pha và biến đổi số các thành phần cầu phương các tín này, đề xuất rađa đa chức năng với mạng anten cố định. hiệu thu của các hệ thống con. Như đã lưu ý, sử dụng các phương pháp số tạo giản đồ 3. Phân hệ tạo số và điều khiển giản đồ hướng mạng hướng mạng anten khi thu, cho phép mở rộng đáng kể tính dự anten khi thu thực hiện ở dạng khối số riêng biệt. Phân hệ này 298
Hội +ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7
Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) liên quan trực tiếp và theo kênh hồi dẫn với khối xử lý không 'f AP - Giải thông mạng anten. gian thích nghi các tín hiệu được nối khi tác động nhiễu tạp Việc xử lý không gian - thời gian tối ưu các tín hiệu trong tích cực. trường hợp này dẫn đến cộng các dao động thu vector trọng 4. Phân hệ xử lý số các tín hiệu ra đa thu được gồm lượng được tìm từ quan hệ: điều khiển thích nghi như là hệ xử lý, cũng như dưa tin cho người dùng tin. Phân hệ này được thực hiện nhờ các hệ tính 1 f 2 ³f R W(s,T )G (t - s)ds X(t)X(T ) (6) toán số chuyên dụng và đặc biệt (bộ vi xử lý). ở đây: W(s,T ) - Vector hệ số trọng lượng II. LẬP LUẬN BÀI TOÁN, MÔ HÌNH CÁC TÍN HIỆU VÀ NHIỄU Theo tính chất lọc của hàm delta, từ (6) sẽ có: W(s,T ) 2R -1 X (T ) X (t ) W(T )W(t) (7) Xem xét bài toán xử lý không gian tối ưu, chính xác hoá ở đây: W(T ) R X (T ) ; W(t) 2X(t) -1 mô hình tín hiệu và nhiễu ở đầu ra mạng anten số.[1] Tổng tích phân trọng lượng (tín hiệu ra) khi xử lý không Tín hiệu có ích ở dạng : X (t , T ) X (t ) X (T ) (1) gian - thời gian tối ưu dưới dạng: X(t)- đại lượng vô hướng mô tả luật thay đổi theo thời gian f f biên độ phức các dao động tín hiệu chung các phần tử mạng 1 1 T 2 ³f 2 ³f z Y T (t ) W* (t , T )dt Y (t ) W* (T ) W* (t )dt anten. Vector X (T ) - phân bố biên độ - pha tín hiệu ở mặt mở (8) mạng anten, phụ thuộc vào dạng gần đúng của sóng (cầu, Tách từ (8) tổng trọng lượng xử lý không gian: phẳng) và các tham số của môi trường truyền sóng. N Với các sóng phẳng Y (t ) Y (t ) W (T ) ¦ T * ¦ Y (t )W (T ) i * (9) X (T ) X i (T ) exp( jTi ) chỉ phụ thuộc vào i 1 Khi đó (8) dẫn đến dạng hướng tới của tín hiệu Ti . 1 f f ³ Y (t ) W* (t )dt ³ Y¦ (t )X (t )dt * Nhiễu được giả thiết là quá trình ngẫu nhiên dừng và tạo Z (10) bởi các nguồn không tương quan lẫn nhau. Vector cột của 2 f ¦ f những biên độ phức điện áp nhiễu và nội tạp ở đầu ra các phần Vì vậy, xử lý không gian - thời gian được chia ra không tử anten thể hiện dưới dạng: gian và thời gian (9) thực hiện bởi cộng trọng lượng các biên n độ phức dao động Yi (t ) thu được nhờ các phần tử của mạng N (t ) N 0 (t ) ¦ X (Q J ) N J (t ) (2) anten với các hệ số trọng lượng phức Wi (T ) được đưa vào * J 1 N 0 (t ) - Vector cột những biên độ phức điện áp nội tạp theo kênh thu. Xử lý thời gian dẫn đến việc tính toán tích phân tương X (Q J ) X i (Q J ) - Vector cột phân bố biên độ - pha quan phức, phương pháp lọc - tương quan. Sơ đồ cấu trúc đơn giản phép xử lý không gian - thời gian các tín hiệu nhiễu nguồn J phần tử thứ i của mạng anten. tối ưu các tín hiệu ở radar đa chức năng mô tả ở hình 1. NJ (t ) - Biên độ phức điện áp nhiễu nguồn C. Xử lý không gian theo hình 1 thực hiện bằng cách cộng Theo giả thiết sự đúng đắn của mô hình tạp trắng cho nội tương can trọng lượng theo kênh các tín hiệu ở đầu ra các tạp và nhiễu ngoài, ma trận tương quan của nhiễu tổng R(t,s) phần tử mạng anten và dẫn đến tạo giản đồ hướng khi thu. xác định bằng biểu thức. Xử lý thời gian thực hiện bởi bộ lọc phối hợp (LPH), bộ R(s, t ) > M N (t ).N *T (s) / 2 @ RG (t s) (3) thích luỹ tương can hay không tương can và tách biên độ. Dữ liệu đầu vào của xử lý không gian - thời gian đưa đến đầu vào n thiết bị điều khiển (PY), thực hiện bài toán toán phát hiện các Ở đây : R R0 ¦ N J X (Q J ) X *T (Q J ) (4) tín hiệu và ước lượng toạ độ các điểm dấu phát hiện. J 1 Vì vậy, để xây dựng sơ đồ xử lý không gian có tín hiệu ở R0 - ma trận chéo ( M u M ) của mật độ công suất phổ mạng anten cần biết vector trọng lượng W(T ) hay ma trận nội tạp của các kênh thu. 1 tương quan đảo R , biểu diễn nó (7). Khi đó trong điều kiện N J - Mật độ công suất phổ nhiễu từ nguồn J . bất định về hướng tác động và cường độ nhiễu, các đại lượng này cần phải ước lượng trên cơ sở hoàn cảnh nhiễu xảy ra. Giả thiết thoả mãn điều kiện: 'f p 'fJ 'f AP (5) III. MẠNG ANTEN THÍCH NGHI, NGUYÊNTẮC XÂY DỰNG VÀ HOẠT ĐỘNG ở đây: 'f p - giải thông thiết bị xử lý Trong những điều kiện hoàn cảnh bên ngoài thay đổi đa 'f J - Độ rộng hiệu dụng phổ năng lượng tín hiệu dạng và ngẫu nhiên do bức xạ nhiễu (nhiễu tích cực), Để đảm nhiễu. 299
Hội+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7
Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) bảo yêu cầu hiệu quả về phát hiện và bám các đối tượng trên Xo(t). Vì vậy nhờ tín hiệu chuẩn Xo(t) có thể phân biệt được không, mạng anten thích nghi được sử dụng rông rãi. đâu là tín hiệu có ích và nhiễu, đảm bảo việc tạo giản đồ hướng của mạng anten với vùng lõm ở hướng nguồn nhiễu. [2,3] Để khắc phục những khó khăn đã thấy để thực hiện mạng anten số hoàn toàn thích nghi, có ít nhất là 2 phương pháp: Thứ nhất là là chuyển tiếp đến thích nghi những Modul mạng anten số, trong đó đầu tiên là tích luỹ tương tự các tín hiệu ở các nhóm những phân tử mạng anten, từ đó lọc thích nghi số các tín hiệu đầu ra của các Modul theo sơ đồ hình 4. Khi đó tín hiệu đầu ra nhận được rõ ràng là không trùng với những tín hiệu đầu ra của mạng thích nghi toàn phần, những kết quả tương ứng có thể xem là tự thích nghi. Hình 3. Sơ đồ cấu trúc đơn giản phép xử lý không gian - thời Một phương pháp khác được sử dụng rộng rãi trong thực tế gian tối ưu các tín hiệu ở radar đa chức năng là thiết kế mạng anten số (mạng anten số thích nghi). Trong đó để thích nghi chỉ sử dụng một phần các phần tử (mạng xây Mạng anten gọi là thích nghi, trong đó hiệu suất hoạt động dựng theo Modul hoặc không theo Modul), những mạng này phải là cực đại theo tiêu chuẩn định trước, khi điều kiện bên gọi là thích nghi cục bộ. Sơ đồ cấu trúc đơn giản của thích ngoài thay đổi đảm bảo việc hiệu chỉnh liên tục hình dạng nghi cục bộ tuyến tính với kênh chính tách biệt sử dụng để Giản đồ hướng của chúng trên cơ sở phân tích môi trường thích nghi M trong N các phần tử của mạng anten thể hiện ở ngoài và điều kiện hoạt động của đài rađa. hình 5. Sơ đồ cẩu trúc của mạng anten thích nghi tuyến tính tạo giản đồ hướng bằng phương pháp số (mạng này được gọi là mạng anten số thích nghi) trình bày ở hình 4. Phần tử cơ bản của nó là bộ lọc số thích nghi để tạo các hệ số w1 ,..., wM , xem xét trọng lượng của các tín hiệu mạng anten được biến đổi sơ bộ về dạng số ở các modul thu tương tự số. Ở các bộ lọc này tín hiệu chuẩn đã biết Xo(t) thích nghi với mạng anten, tức tín hiệu đầu ra của mạng U 6 (t) được so sánh với nó. Khi đó tín hiệu sai lệch được tạo ra. H (t ) Xo(t) + U 6 (t) Hình 5. Sơ đồ cấu trúc đơn giản của thích nghi cục bộ tuyến tính với kênh chính tách biệt sử dụng để thích nghi M trong N các phần tử của mạng anten Nguyên tắc tạo Giản đồ hướng tổng hợp ở mạng anten thích nghi tuyến tính với 2 kênh bù khử thể hiện ở hình 6, ở đây Fo( T ) là Giản đồ hướng kênh chính, F1( T ), F2( T ) là Giản đồ hướng các kênh bù khử, F*( T ) là Giản đồ hướng tổng khi có tác động 2 nguồn nhiễu từ các hướng T 1, T 2. Hình 4. Sơ đồ cẩu trúc của mạng anten thích nghi tuyến tính tạo Fo* (T ) Fo (T ) giản đồ hướng bằng phương pháp số Dùng bộ lọc thích nghi để tính toán và điều khiển các hệ số trọng lượng phức Wm (m=1,2,3...M) tương ứng với các tiêu chuẩn tối ưu được chọn. Khi đó tín hiệu thu bất kỳ (không có FK1 (T ) FK 2 (T ) trong Xo(t)), coi như tín hiệu nhiễu và hệ thống điều chỉnh các hệ số trọng lượng sao cho loại trừ nó khỏi tín hiệu đầu ra. Kết T0 T1 T 2 T quả là ở hướng có tín hiệu này thiết lập giản đồ hướng của mạng anten là 0. Nếu tín hiệu thu có thể hiện trong Xo(t), hệ Hình 6. Giản đồ hướng tổng hợp ở mạng anten thích nghi tuyến tính với 2 kênh bù khử thống giữ nó ở tín hiệu đầu ra với biên độ và pha giống như ở 300
Hội+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7
Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) IV. TỐI ƯU HÓA XỬ LÝ KHÔNG GIAN CÁC TÍN HIỆU M (Y1* >K @X 0 >K @ TRONG MẠNG ANTEN THÍCH NGHI, PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ M (Y2* >K @X 0 >K @ RM = = M(Y* [K]X0 [K]) – Vector các Nhiệm vụ chính của bộ lọc thích nghi ở mạng anten là ........................ điều chỉnh liên tục các hệ số trọng lượng W, đảm bảo tối ưu hoá tiêu chuẩn xác định của hiệu suất xử lý không gian các tín M (YM* >K @X 0 >K @ hiệu. Tiêu chuẩn hiệu suất xác định thuật toán làm việc của bộ modul tương quan tín hiệu thu Y[K] và tín hiệu chuẩn X0 [K] lọc thích nghi và cần phải chọn từ những yêu cầu với đặc Nếu những tín hiệu nhiễu N[K] không tương quan với tín trưng của mạng anten thích nghi ở chế độ làm việc thiết lập. hiệu chuẩn X0 [K] tức: Phạm vi các tiêu chuẩn hiệu suất được sử dụng rộng rãi gồm M(N[K]X0 [K]) = 0 thì: RM [K] = M(Xm [K] X0 [K]), đặc có: trưng cho sự phân bố biên – pha tín hiệu có ích ở các kênh thu x Tiêu chuẩn cực tiểu sai số trung bình bình phương độ tương ứng với phân bố biên pha của tín hiệu chuẩn. lệch tín hiệu đầu ra mạng anten thích nghi với tín hiệu chuẩn Từ (12), phương sai tín hiệu sai lệch là hàm bình phương cho trước ở AДP với các kênh như nhau. 2 W, ma trận RM [K] xác định là dương, nên hàm б H [K] có cực x Tiêu chuẩn cực tiểu phương sai nhiễu ở đầu ra với 2 mạng anten thích nghi kênh chính tách biệt. tiểu duy nhất, còn vector Wopt tương ứng б HMin [K] tìm từ Ngoài ra còn có tiêu chuẩn khá quan trọng vì hiệu suất nghiệm phương trình: các thuật toán thích nghi là tốc độ hội tụ về quá trình thiết lập dV H2 >K @ cũng như năng lực tính toán thực hiên bằng những công cụ ¦ WV H2 >K @ 0 tính toán. Thuật toán tốt nhất trong từng trường hợp cụ thể cần dW T chọn tính đến nhiều yếu tố khác nhau gồm những đặc trưng Kết quả vi phân nhận được: ¦ WV H2 >K @ = - 2RM [K] + 2RM của tín hiệu và nhiễu, sự tồn tại những tin tức tiền định, tốc độ thích nghi cần thiết để thể hiện ở các thiết bị tính toán.... [K] Wopt = 0 4.1. Thuật toán tạo các hệ số trọng lượng theo tiêu chuẩn cực Từ đó: 1 tiểu phương sai sai số Wopt = R M [K]RM [K] (13) Xem xét hệ thống thích nghi số, ở đó tất cả các phần tử Phương trình (13) gọi là phương trình “ Vinhera – xovpha”. mạng anten là như nhau, ngoài ra các tham số của tín hiệu Vì vậy nghiệm nhận được là nghiệm có tên Vinhexovsco”. mong đợi là đã biết, được thu thay vì các tham số của tín hiệu Để giải phương trình (13) những ước lượng cần thiết của ma chuẩn (hình 4). Trong hệ thống thực hiện xử lý trọng lượng phức các tín hiệu số đến từ tất cả các phần tử mạng anten , tạo 1 trận tương quan nghịch đảo R M [K] và vector rM [K] được T được điện áp đầu ra so sánh với tín hiệu chuẩn, hiệu của chúng tính trong quá trình thích nghi theo mẫu các tín hiệu ở đầu ra là tín hiệu sai lệch: các phần tử mạng anten hay hồi quy, bằng cách tính chính xác H [K] = Xo [K] – WT* Y[K] = Xo [K] – YT* [K] .W (11) hoá liên tiếp các ước lượng. Ở đây: Y [K] = Y1 [K] Y2 [K]...Ym [K] T – Vector hình Sau khi tính các ước lượng Wopt , có thể viết biểu thức cho bao phức của các tín hiệu Mạng anten ở thời điểm Kt. giá trị cực tiểu của phương sai sai số lệch tín hiệu đầu ra mạng 2 1 1 W= W1 W2 ....Wm...WM - 1 WM T – Vector anten với tín hiệu chuẩn - б HMin [K]. Tính đến R M =(R M )T , các tham số trọng lượng. đúng với Hecmit, nên với ma trận tương quan, biểu thức cuối T* - Dấu hiệu chuyển vị và liên hiệp phức. cùng cho phương sai sai số tối thiểu có dạng: Ym [K] = Xm [K] + Nm [K] m=1,2,....M Xm [K] - Mẫu hình bao phức của tín hiệu có ích 2 б HMin [K] = 2 M(X o >K @ ) - r T M [K] M 1 R [K] r [K] * M (14) Nm [K] - Mẫu hình bao phức của nhiễu. Qua nhiều lần khảo sát nghiên cứu, tổng hợp ở tài liệu [1, Tín hiệu sai lệch H [K] đến đầu vào của bộ lọc thích nghi, ở 2, 3] chỉ ra rằng khi tối ưu các vecto W theo các tiêu chuẩn đây thực hiện nhiệm vụ tính toán kỳ vọng của bình phương sai khác cần phải tính thống kê, như trong trường hợp đã xem xét số (phương sai của tín hiệu sai số). - tức nghiệm tối ưu dần đến nghiệm của phương trình “ Sau những biến đổi không phức tạp nhận được: Vinhera – xovpha”. M( H 2 [K]) = бs2 [K] = M(Xo2[K])-2WTiRM [K] + 4.2. Thuật toán tạo các hệ số trọng lượng theo tiêu chuẩn cực Ti W RM [K] W (12) tiểu phương sai nhiễu ở đầu ra mạng anten Ở đây: RM [K] = M(Y* [K] YT [K]) – Ma trận tương quan diện Bài toán tối ưu hoá mạng anten trong trường hợp này là áp ở các kênh mạng anten thích nghi (hệ số ½ bỏ qua vì xác định thuật toán tối ưu để tính các vector trọng lượng W không đáng kể) các tín hiệu bù khử. Thay vì hiệu suất có thể chọn tiêu chuẩn Thêm vào đó là: RM [K]= RMX [K] + RMN [K] kênh cực tiểu phương sai (công suất) nhiễu ở đầu ra mạng Ở đây: RMX [K] - Ma trận tương quan các tín hiệu có ích, RMN anten trong điều kiện tín hiệu có ích không có. [K] – Ma trận tương quan nhiễu Viết biên độ phức tín hiệu ở đầu ra mạng anten dưới dạng U6 >K @ = U o >K @ - W T * YM >K @ (15) 301
+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7
Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015) Ở đây: U o >K @ - Biên độ phức tín hiệu kênh chính Trong sơ đồ tính đến hỗ dẫn tương quan mạnh, để tính Y M >K @ - Véctơ cột M chiều biên độ phức các tín * > @ > @ RM K , thay vì Uo K sử dụng tín hiệu đầu ra mạng anten hiệu các kênh bù khử U 6 >K @ . Bình phương điện áp ra mạng anten viết dưới dạng: V. KẾT LUẬN U 2 6 >K @ = U 2 0 >K @ - 2WTY * M >K @ U o >K @ 1. Hoàn thiện các phương pháp và các thuật toán xử lí số tín * > @ +WTY M K Y M K W* T > @ hiệu và dữ liệu. Kết hợp hài hoà và sử dụng trong các thuật Giá trị trung bình của nó (phương sai nhiễu ở đầu ra mạng toán các dạng song song hoá để giảm thời gian thực hiện công anten) việc. 2. Hoàn thiện cơ sở dữ liệu và kiến trúc công cụ tính toán số V 62 >K @ = M(U 02 >K @ ) -2W Tr >K @ + WTRM >K @ W* M (16) dạng chuyên dụng để xử lý tín tức số Ra đa. Ở đây: RM K = > @ K * M(Y M > @ T YM >K @ ) – Ma trận tương quan 3. Phân bố tối ưu các bài toán xử lý giữa công cụ tính toán và điều khiển chương trình và điều khiển thiết bị. nhiễu trong các kênh bù khử. 4. Thiết kế và ứng dụng phương pháp hệ thống một cách M (Y1* >K @U 0 >K @) thống nhất để thiết kế chi tiết các phần tử của hệ tính toán tin tức liên kết Ra đa có mạng anten với máy tính, từ đặc điểm M (Y2* >K @U o >K @) rM >K @ = của những thuật toán riêng và thuật toán tổng thể xử lý tin tức và điều khiển tính đến ảnh hưởng của môi trường ngoài. ......................... 5. Trong mạng anten mà ta xem xét khi có tác động của M (YM* >K @U o >K @) nhiễu tạp tích cực theo cánh sóng phụ, ở hướng tác động cuả chúng tạo được các vùng lõm rất sâu ở giản đồ hướng mạng > @ rM K - Véctơ hố tương quan các tín hiệu đầu ra kêmh chính anten , cánh sóng chính của giản đồ hướng bị méo không đáng và các kênh bù khử kể; Giá trị tói ưu của véctơ các hệ số trọng lượng, như trước đây TÀI LIỆU THAM KHẢO được tính từ điều kiện: dV 62 [1] Маркович И.И., Семеняк П.Л., Цифровая пространственно-временная 2rM >K @ 2 RM >K @ ¦OPT 0 обработка сигналов в многоканальной гидроакустической системе dW T* // Информационно-измерительные и управляющие системы. Т. 6. – 2008. – №3. – С. 72-75. Từ đó nhận được: [2] Ковалев Э.П., Маркович И.И.Реализация алгоритмов цифровой 1 пространственно-временной обработки гидроакустических сигналов WOPT = R M rM = 0 (17) в многолучевых эхолотах Труды IX Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (ГА-2008). Biểu thức (17) tương tự (13) ở mục trước. Trong từng biểu – СПб.: Наука, 2008.– С. 183-187. thức để tính véctơ tối ưu của yêu cầu cần phải ước lượng ma [3] Маркович И.И., Жирнов В.С. Интеллектуальная система цифрового формирования и обработки сигналов в многолучевом trận tương quan đảo và vectơ tương quan số các tín hiệu kênh эхолоте. Материалы IX Международной научно-технической chuẩn và các kênh tham gia bù khử nhiễu. конференции «Искусственный интеллект. Интеллектуальные Sơ đồ cấu trúc của bộ xử lý thích nghi số mạng anten thích системы». Донецк: ИПИИ, Наука i освiта. Т. 2.– 2008. – С. 54-58. nghi cục bộ mô tả ở hình 7. [4]. Слюсар В. Цифровые антенные решетки будущее радиолокации / В. Слюсар ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. – 3/2011. – С. 42-46. [5]. Скачков В.В. Адаптивный алгоритм компенсации гауссовой шумовой помехи с произвольным пространственным спектром мощности / В.В. Скачков, Ю.М. Поповнин // Научно-технический сборник. – 2012. – №3. ч.1. – С. 64-70. [6].Харланов А.В. Поляризационные характеристики радиоволны и их использование в адаптивной фильтрации сигналов / А.В. Харланов // Збірник наукових праць Севастопольського ВМІ ім. П.С. Нахімова. – Севастополь, 2011. – Вип. 1(12). – С. 41-51. Hình 7. Cấu trúc bộ xử lý thích nghi số 302