×
31.05.2020
220.018.22d8

Устройство пространственного разделения сигналов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002722413
Дата охранного документа
29.05.2020
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре потребителей для разделения сигналов, излучаемых с различных направлений. Целью предлагаемого изобретения является разработка устройства пространственного разделения нескольких сигналов с известными направлениями на их источники. Поставленная цель выполняется устройством пространственного разделения сигналов, содержащим антенную решетку, имеющую К антенных элементов, пеленгатор, формирователь матрицы направленности, формирователь псевдообратной матрицы, матричный умножитель, которые имеют между собой связи в виде выходов антенных элементов антенной решетки, соединенных с одними входами матричного умножителя и с входами пеленгатора, выходы которого соединены с входами формирователя матрицы направленности, имеющей выходы, соединенные с входами формирователя псевдообратной матрицы, выходы которой соединены с другими входами матричного умножителя, имеющего выходы к потребителям, обеспечивающие: антенной решеткой прием сигналов от пространственно разнесенных источников, формируя вектор где AN=[А(θ), А(θ), …, А(θ)] - матрица, состоящая из М векторов соответствующих направлениям θ, θ, …, θ прихода М сигналов, где λ - длина волны, d - расстояние от k-го (k=1, 2 …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки, ϕ - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки; пеленгатором определение направлений θ, θ, …, θ прихода сигналов; формирователем матрицы направленности формирование матрицы AN=[А(θ), А(θ), …, А(θ)] по определенным направлениям θ, θ, …, θ, где формирователем псевдообратной матрицы расчет псевдообратной матицы AP=[ANAN]AN, где «» - индекс транспонирования и комплексного сопряжения; матричным умножителем оценку вектора входных сигналов содержащего оценки входных сигналов s(t), s(t), …, s(t), соответствующих заданным направлениям прихода θ, θ, …, θ, то есть разделение сигналов, поступающих от различных источников. Здесь aP (m=1, 2, …, М, k=1, 2, …, K) - элементы матрицы АР. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает создание устройства пространственного разделения сигналов, позволяющего разделить поступающие сигналы. При этом сигналы имеют одну и ту же несущую частоту, то есть функционируют в одной полосе частот. Это позволяет повысить эффективность использования частотных ресурсов, с одной стороны, либо разделить полезный сигнал и помехи, поступающие на антенную решетку, с другой стороны. 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре потребителей для разделения сигналов, излучаемых с различных направлений.

Известен способ разделения сигналов [1], включающий рекурсивный алгоритм наименьших квадратов для слепого разделения сигналов, в котором наблюдаемая смесь сигналов предварительно отбеливается, затем с помощью адаптивного рекурсивного алгоритма осуществляется разделение сигналов.

Недостатком данного способа является то, что предварительное отбеливание требует сложных вычислений и его трудно использовать при обработке сигналов в реальном времени.

Известен способ разделения сигналов [2, 3, 4], включающий алгоритмы разделения смеси сигналов, использующие нейронные сети с применением кумулянтного анализа.

Недостатком данного способа является то, что требуются серьезные вычислительные затраты, сопровождаемые большим временем выполнения и погрешностями в разделении сигналов.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, предложенное Фростом [5], включающее выделение сигнала с известным направлением прихода на фоне помех с использованием адаптивной антенной решетки.

Недостатком данного устройства является то, что происходит выделение только одного сигнала.

Целью предлагаемого изобретения является разработка устройства пространственного разделения нескольких сигналов, с известными направлениями на их источники.

Поставленная цель выполняется устройством пространственного разделения сигналов, содержащим антенную решетку, имеющую К антенных элементов, пеленгатор, формирователь матрицы направленности, формирователь псевдообратной матрицы, матричный умножитель, которые имеют между собой связи в виде выходов антенных элементов антенной решетки, соединенных с одними входами матричного умножителя и с входами пеленгатора, выходы которого соединены с входами формирователя матрицы направленности, имеющей выходы соединенные с входами формирователя псевдообратной матрицы, выходы которой соединенны с другими входами матричного умножителя, имеющего выходы к потребителям, обеспечивающие:

- антенной решеткой прием сигналов от пространственно разнесенных источников, формируя вектор

где AN=[A(θ1), А(θ2), …, A(θM)] - матрица, состоящая из М векторов

соответствующих направлениям θ1, θ2, …, θМ прихода М сигналов, где λ - длина волны,

dk - расстояние от k-го (k=1, 2 …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки,

ϕk - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки,

- пеленгатором определение направлений θ1, θ2, …, θМ прихода сигналов;

- формирователем матрицы направленности формирование матрицы AN=[A(θ1), А(θ2), …, А(θМ)] по определенным направлениям θ1, θ2, …, θМ, где

- формирователем псевдообратной матрицы расчет псевдообратной матицы AP=[ANHAN]-1ANH, где «Н» - индекс транспонирования и комплексного сопряжения,

- матричным умножителем оценку вектора входных сигналов

содержащего оценки входных сигналов s1(t), s2(t), …, sM(t),

соответствующих заданным направлениям прихода θ1, θ2, …, θМ,, то есть разделение сигналов, поступающих от различных источников. Здесь aPmk (m=1, 2, …, М, k=1, 2, …, K) - элементы матрицы АР.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства пространственного разделения сигналов, на фиг. 2 показан пространственный спектр входных сигналов, на фиг. 3 показаны входные сигналы, на фиг. 4 показаны сигналы на выходе устройства разделения при различных значениях аддитивных внутренних шумов в каналах антенной решетки.

Устройство пространственного разделения сигналов содержит антенную решетку 1, имеющую К пространственно разнесенных антенных элементов, пеленгатор 2, формирователь матрицы направленности 3, формирователь псевдообратной матрицы 4, матричный умножитель 5. Выходы антенных элементов антенной решетки 1 соединены с соответствующими входами пеленгатора 2 и матричного умножителя 5. Выходы пеленгатора 2 соединены с соответствующими входами формирователя матрицы направленности 3, выходы которого соединены с входами формирователя псевдообратной матрицы 4. Выходы формирователя псевдообратной матрицы 4 подключены к соответствующим входам матричного умножителя 5, выходы которого являются выходами устройства пространственного разделения сигналов.

Работает устройство следующим образом:

Антенная решетка 1, имеющая К антенных элементов 11, 12, …, 1К, принимает сигналы, приходящие с различных направлений, формируя из них вектор сигналов

где AN=[А(θ1), А(θ2), …, A(θM)] - матрица размерности K×М, состоящая из М векторов

соответствующих направлениям θ1, θ2, …, θМ прихода М сигналов,

«H» - индекс транспонирования и комплексного сопряжения,

λ - длина волны,

dk - расстояние от k-го (k=1, 2, …, K) антенного элемента до фазового центра антенной решетки,

ϕk - направление на k-й (k=1, 2, …, K) антенный элемент из фазового центра антенной решетки.

Сигналы x1(t), x2(t), …, xK(t) поступают в пеленгатор 2, который с использованием алгоритма Кейпона [7] по максимумам пространственного спектра

определяет направления прихода θ1, θ2, …, θМ сигналов s1(t), s2(t), …, sM(t). Здесь индекс «Н» означает транспонирование и комплексное сопряжение, R=E[XXT] - корреляционная матрица сигналов x1(t), x2(t), …, xK(t).

Формирователь матрицы направлений 3, получив направления прихода θ1, θ2, …, θМ с использованием равенств (1) и (2) определяет вектор входных сигналов S(t). Для этого правую и левую часть уравнения (1) умножает на транспонированную матрицу ANH и получает

Произведение ANTAN представляет собой квадратную матрицу. Умножая обе части системы (4) на обратную матрицу [ANTAN]-1 вектор входных сигналов S(t) получает вид

В формулу для расчета вектора сигналов S(t) входит произведение матриц

Матрица АР называется псевдообратной матрицей [6].

Зная матрицу АР и сигналы x1(t), x2(t), …, xK(t) в каналах антенной решетки, с помощью (4) определяет сигналы s1(t), s2(t), …, sM(t), принимаемые антенной решеткой 1.

Матрица АР вычисляется в формирователе псевдообратной матрицы 4 с помощью матрицы направленности AN, которая содержат вектора A(θ1), А(θ2), …, А(θМ) и определяется в формирователе матрицы направленности 3. Определение векторов A(θ1), А(θ2), …, А(θМ) осуществляется с помощью (3) по известным направлениям θ1, θ2, …, θМ на источники М сигналов, поступающих на антенную решетку 1.

Сформированная в формирователе псевдообратной матрицы 4 матрица АР, передается в матричный умножитель 5. Матричный умножитель 5, получив от антенной решетки 1 вектор сигналов X(t) и от формирователя псевдообратной матрицы 4 псевдообратую матрицу АР формирует оценку вектора входных сигналов

соответствующих направлениям θ1, θ2, …, θМ прихода М сигналов, то есть обеспечивает их разделение. Здесь aPmk (m=1, 2, …, М, k=1, 2, …, K) - элементы матрицы АР.

Таким образом, в предложенном устройстве и способе обеспечивается разделение сигналов, поступающих на антенную решетку от различных источников.

Для примера рассмотрим результаты разделения двух сигналов, поступающих на 7 элементную линейную антенную решетку.

Линейная антенная решетка содержит семь антенных элементов расположенных равномерно на расстоянии 0,5 м друг от друга.

На антенную решетку с двух направлений ϕ1=80°, ϕ2=60° поступают: частотно модулированный (ЧМ) и фазоманипулированный (ФМ) сигналы.

Частотно модулированный сигнал

где A1=2 - амплитуда сигнала, ω1=300 МГц - несущая частота, Ω=6 МГц - частота модуляции, mf=0.2 - индекс частотной модуляции.

Фазоманипулированный сигнал

где ω2=300 МГц - несущая частота, A2(t) - знакопеременная амплитуда, принимающая значения ±1 каждые 5 периодов сигнала,.

На Фиг. 2 приведены результаты пеленгации (пространственный спектр сигналов) с использованием алгоритма Кейпона [7]. Оцененные направления на источники ЧМ и ФМ сигналов соответственно равны 80° и 60° (совпадают с исходными).

На Фиг. 3 приведены графики s1 ЧМ сигнала и s2 ФМ сигнала на входе антенной решетки.

Для сравнения на Фиг. 4 приведены графики ЧМ и ФМ сигналов на выходе схемы разделения при различных значениях аддитивных внутренних шумов в каналах антенной решетки.

На Фиг 4а), Фиг. 4.б) и Фиг. 4в) приведены графики сигналов на выходе схемы разделения при наличии в каналах антенной решетки гауссовых шумов с среднеквадратическими значениями σ=0,1, σ=0,2 и σ=0,4 соответственно.

Как видно из сравнения рисунков Фиг. 3 и Фиг. 4.а) сигналы на входе антенной решетки и сигналы на выходе схемы разделения практически совпадают.

Из Фиг 4.б) и Фиг. 4.в) видно, что с ростом уровней внутренних шумов в сигналах на выходе схемы разделения проявляются незначительные искажения, которые являются естественным результатом воздействия шумов.

Таким образом, предложенные устройство пространственного разделения сигналов позволяет разделить сигналы, поступающие на устройство. При этом сигналы имеют одну и ту же несущую частоту, то есть функционируют в одной полосе частот. Это позволяет повысить эффективность использования частотных ресурсов, с одной стороны, либо разделить полезный сигнал и помехи, поступающие на антенную решетку другой стороны.

Литература.

1. Zhu Xiaolong, Zhang Xianda & Ye Jimin. Natural gradient-based recursive least-squares algorithm or adaptive blind source separation. Science in China Ser. F Information Sciences 2004, Vol. 47, No. 1 p.p. 55-65.

2. Малыхин В.M., Меркушева А.В. Адаптивные методы и алгоритмы разделения смеси сигналов с независимыми компонентами. Научное приборостроение, 2010, том 20, №3, с. 35-48.

3. Меркушева А.В., Малыхина Г.Ф. Методы и алгоритмы разделения смеси сигналов. I. Применение декорреляции и статистик второго порядка. Научное приборостроение, 2009, том 19, №2, с. 90-103.

4. В.М. Малыхин, А.В. Меркушева. Методы и алгоритмы разделения смеси сигналов. II. Применение М-градиента к анализу независимых компонент. Научное приборостроение, 2009, том 19, №4, с. 83-95.

5. Фрост III. Алгоритм линейно-ограниченной обработки сигналов в адаптивной решетке. - ТИИЭР, 1972, т. 60. №8, с. 5-14.

6. Беклемишев Д.В. Дополнительные главы линейной алгебры. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1983. 336 с.

7. Петров В.П. Алгоритмы оценки пространственного спектра в адаптивных цифровых антенных решетках. Вестник СибГУТИ. 2011, №, с. 60-70.


Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Устройство пространственного разделения сигналов
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 32.
04.04.2018
№218.016.306d

Способ пространственной селекции расстояний при решении задачи позиционирования мобильного средства дальномерным методом в наземной локальной радионавигационной системе

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для повышения точности определения местоположения мобильных средств по сигналам опорных станций наземной локальной радионавигационной системы (ЛРНС). Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644762
Дата охранного документа: 14.02.2018
04.04.2018
№218.016.3502

Способ повышения точности дифференциальной коррекции навигационных параметров в длинноволновой системе определения местоположения

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения точности определения координат подвижных объектов с помощью аппаратуры длинноволновых радионавигационных систем. Способ повышения точности дифференциальной коррекции навигационных параметров в длинноволновой системе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645875
Дата охранного документа: 28.02.2018
10.05.2018
№218.016.40ec

Многолучевая антенная система с одним выходом

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для приема сигналов с различных направлений на одно приемное устройство. Многолучевая антенная система с одним выходом содержит: антенную решетку, состоящую из пространственно разнесенных антенных элементов; диаграммообразующую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649096
Дата охранного документа: 29.03.2018
10.05.2018
№218.016.42ec

Пространственно-распределенная система радиоподавления нап гнсс с функцией альтернативного координатно-временного обеспечения для санкционированных потребителей

Изобретение относится к радиоэлектронной борьбе (РЭБ) и навигации и может быть использовано при радиоподавлении навигационной аппаратуры потребителей (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) средствами радиоподавления противника и собственными средствами радиоподавления,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649407
Дата охранного документа: 03.04.2018
06.07.2018
№218.016.6d12

Компенсатор помех для навигационной аппаратуры потребителя глобальной навигационной спутниковой системы

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для приема навигационного сигнала на фоне преднамеренных помех, и может быть использовано в навигационной аппаратуре потребителя (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). В компенсаторе помех для навигационной аппаратуры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660140
Дата охранного документа: 05.07.2018
01.11.2018
№218.016.982a

Способ обнаружения преднамеренных помех нап гнсс

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам обнаружения преднамеренных помех навигационной аппаратурой потребителей (НАП) глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). Достигаемый технический результат – обнаружение преднамеренных помех НАП ГНСС за счет анализа полученных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671238
Дата охранного документа: 30.10.2018
24.01.2019
№219.016.b2d6

Устройство обнаружения источников ложных навигационных сигналов нап гнсс

Изобретение относится к области выявления источников ложных навигационных сигналов навигационной аппаратуре потребителей (НАП) глобальной навигационной системы связи (ГНСС). Устройство состоит из антенной решетки, содержащей антенные элементы, блоки весовых коэффициентов диаграммообразующей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677929
Дата охранного документа: 22.01.2019
24.01.2019
№219.016.b386

Устройство пространственной селекции сигналов с компенсацией преднамеренных помех

Изобретение относится к радиотехнике. Устройство состоит из блока компенсации преднамеренных помех, состоящего из блока базы данных с информацией о частотно-временной структуре преднамеренных помех, генератора копий преднамеренных помех, блоков весовых коэффициентов, регулирующих амплитуду и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677931
Дата охранного документа: 22.01.2019
13.02.2019
№219.016.b93b

Адаптивная антенная система для панорамного радиоприемника

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к области антенной техники, и может использоваться в составе панорамных радиоприемных устройств при контроле радиоэлектронной обстановки и оценке параметров сигналов источников радиоизлучений. Антенная система содержит n антенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002679486
Дата охранного документа: 11.02.2019
01.03.2019
№219.016.c8c2

Устройство компенсации преднамеренных радиопомех нап гнсс

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области компенсации преднамеренных радиопомех с известными структурой и параметрами в навигационной аппаратуре потребителей глобальной навигационной спутниковой системы. Достигаемый технический результат – повышение эффективности компенсации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680815
Дата охранного документа: 27.02.2019
Показаны записи 1-10 из 63.
27.01.2013
№216.012.216b

Модуль радиопомех

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре, в частности к конструкции корпуса изделия, используемого в радиоэлектронной промышленности. Технический результат - получение экономичной, жесткой герметичной конструкции корпуса-радиатора, позволяющей эксплуатировать МРП при воздействии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474056
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.24d9

Активная передающая фазированная антенная решетка

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре, в частности к конструкции корпуса изделия, используемого в радиоэлектронной промышленности. Технический результат заключается в получении жесткой герметичной конструкции корпуса-радиатора, что позволяет эксплуатировать изделие при воздействии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474935
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.04.2013
№216.012.381e

Многоканальный передатчик радиопомех

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для создания преднамеренных помех приемным устройствам радиоэлектронных средств, радиолокации и радионавигации. Многоканальный передатчик радиопомех (МПР) состоит из: модуля управления и контроля 1, генератора опорной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479919
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.04.2013
№216.012.3845

Устройство предпусковой подготовки температурного режима для запуска электронной аппаратуры основного назначения и поддержания температурного режима работы

Изобретение относится как к области электронного машиностроения, так и к электронной технике специального назначения и может быть использовано в электронных блоках различного назначения, имеющих закрытый герметичный корпус и используемых в условиях как пониженных, так и повышенных температур...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479958
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.07.2014
№216.012.e589

Адаптивный двухпороговый обнаружитель сигналов цифрового панорамного приемника модульного типа

Изобретение для обнаружения источников радиоизлучения (ИРИ), функционирующих в условиях шума неизвестной интенсивности. Достигаемый технический результат - уменьшение количества ложных тревог (ложных ИРИ) на выходе обнаружителя цифрового панорамного. Технический результат достигается за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524551
Дата охранного документа: 27.07.2014
10.11.2014
№216.013.052e

Передающая антенна

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре, в частности к конструкции передающей антенны для создания радиопомех приемным устройствам радиоэлектронных средств связи, передачи данных, радиоэлектронных и навигационной аппаратуры потребителей сетевых среднеорбитальных спутниковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532724
Дата охранного документа: 10.11.2014
20.01.2015
№216.013.1fba

Система радиоподавления навигационной аппаратуры потребителей гнсс противника, совместимая с отечественной аппаратурой потребителей гнсс

Изобретение относится к технике радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и может быть использовано для радиоподавления навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы (НАП ГНСС) противника. Система радиоподавления НАП ГНСС противника, совместимая с отечественной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539563
Дата охранного документа: 20.01.2015
20.02.2015
№216.013.28d4

Биконическая антенна с биконическим отражателем

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным антеннам. Технический результат - обеспечение формирования круговой в азимутальной плоскости диаграммы направленности в широком диапазоне частот и повышение коэффициента усиления. Для этого биконическая антенна выполнена с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541909
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.06.2015
№216.013.59ed

Излучающая антенна в экранирующем корпусе

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат изобретения заключается в обеспечении защиты излучающей антенны от воздействия переизлучающих элементов конструкции с целью устранения их негативного влияния на параметры диаграммы направленности антенны. Поставленная задача...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554562
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.08.2015
№216.013.69ba

Широкополосная антенна на отрезках длинных линий со стуктурной неоднородностью

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным антеннам вертикальной поляризации. Технический результат состоит в том, чтобы получить достаточно широкую полосу рабочих частот и равномерное значение коэффициента стоячей волны (КСВ), которые увеличиваются с ростом рабочей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558619
Дата охранного документа: 10.08.2015
+ добавить свой РИД