Методы некогерентной и когерентной компенсации помех

 

Для улучшения пространственной селекции сигнала на фоне помех, приходящих с отдельных направлений, кроме мер, перечисленных выше, могут быть также использованы методы некогерентной и когерентной компенсации помеховых колебаний. Для этого наряду с основной могут быть задействованы дополнительные антенны (в фазированной антенной решетке – ее отдельные элементы). Возможности компенсации помех были сформулированы академиком Н.Д. Папалекси еще несколько десятилетий тому назад.

Рис. 8.6. Система с двумя дополнительными приемными каналами для образования провалов в результирующей диаграмме направленности

Если сигналы, принимаемые дополнительной антенной и боковыми лепестками основной антенны, компенсируются после детектора, следует говорить о некогерентной компенсации. Если такая компенсация производится на высокой (промежуточной) частоте, ее можно называть когерентной. Для обеспечения как когерентной, так и некогерентной компенсации помеховые колебания должны быть пространственно когерентны (коррелированны). На рис. 8.6 схематично показана система, включающая основную и две дополнительные антенны. Каждой антенне соответствует свой канал приема. Колебания, прошедшие через соответствующие каналы приема, подаются на сумматор. При этом по крайней мере в двух дополнительных каналах по амплитуде и фазе регулируются комплексные коэффициенты передачи К₁ и К₂. Если комплексные характеристики направленности каналов имеют вид F₀(θ), F₁(θ), F₂(θ), то суммарную комплексную характеристику направленности можно представить в виде:

.

Тогда, подбирая коэффициенты К₁ и К₂, можно достичь образования провалов в результирующей характеристике направленности для угловых координат θ₁ и θ₂ источников помех. Необходимые значения К₁ и К₂ определяются из системы уравнений:

.

Провалы в характеристике направленности, образуемые благодаря когерентной компенсации помех, создают дополнительный резерв пространственной селекции помех, воздействующих как по главному, так и по боковым лепесткам характеристики направленности.

Подбор коэффициентов в многоканальных схемах, подобных схеме, приведенной на рис. 8.6 можно осуществить, используя принцип корреляционной обратной связи. На рис 8.7, а, показана схема с двумя входами, на которые поступают напряжения одной и той же частоты с комплексными амплитудами U₀(t) и U₁(t) (например, от основной и дополнительной антенн (рис. 7, б). На сумматоре образуется напряжение

. (8.4)

Имеется цепь обратной связи с выхода сумматора на управляемый элемент — умножитель в цепи подачи первого напряжения. В эту цепь включено состоящее из перемножителя и интегратора устройство вычисления оценки корреляционного момента Последний с точностью до постоянной γ используется в качестве управляющего множителя K, подаваемого на управляемый элемент. Используя уравнения K=γ и (8.4), можно найти

Рис. 8.7. Автоматическая компенсация помех в устройстве с корреляционной обратной связью: а – одноканальный автокомпенсатор, б – диаграмма направленности антенны; ПАП - постановщик активной помехи, ДН-диаграмма направленности

Легко видеть, что при γ→∞ и достаточной корреляции U₀ и U₁ (например, при U₁ = CU₀, где С = const) происходит полная компенсация пространственно коррелированных помех, т. е. U_∑ обращается в нуль. Умножение комплексных амплитуд, как известно, может быть осуществлено, например, путем преобразования частоты, усреднение – за счет интегрирования в узкополосном фильтре. Те же операции могут быть произведены путем аналоговой квадратурной обработки или цифровыми методами.

Рассмотренный одноканальный автокомпенсатор (АК) имеет один регулируемый компенсационный (вспомогательный, дополнительный) канал (отсюда название одноканальный) и один нерегулируемый основной канал.

В литературе показано, что при отсутствии полезного сигнала в реализации U весовой коэффициент K можно оценить следующим образом:

, (8.5)

где Т – постоянная времени интегратора, а U_∑=U₀ + KU_1.

В установившемся режиме справедливо равенство M{dK/dt} 0. Определяя математическое ожидание от обеих частей равенства (8.5), находим установившееся значение весового коэффициента

.

При отсутствии корреляции помех (при наличии только внутренних шумов) К_уст = 0, т. е. компенсационный канал отключается.

Отметим, что структурная схема автокомпенсатора, приведенная на рис. 8.7, а, носит обобщенный характер, поскольку в ней не конкретизируется техническая реализация элементов перемножения и вычисления комплексных функций. Рассмотрим поэтому практические схемные решения автокомпенсаторов, получивших широкое распространение в радиолокационной технике.

Рис. 8.8. Представление весового коэффициента