Tổng hợp hệ thống tự động bù khử nhiễu tạp tích cực trong điều kiện nhiễu không dừng

Một trong những hướng chính được sử dụng rộng rãi trong chống nhiễu tạp tích cực là hình thành các vùng lõm (điểm không) trong giản đồ hướng anten (GĐHA) ra đa về hướng máy gây nhiễu được thực hiện bằng cách sử dụng anten mảng pha thích nghi hoặc bộ tự động bù khử các búp bên.

Nghiên cứu khoa học công nghệ TỔNG HỢP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG BÙ KHỬ NHIỄU TẠP TÍCH CỰC TRONG ĐIỀU KIỆN NHIỄU KHÔNG DỪNG Nguyễn Trung Thành*, Lê Ngọc Uyên Tóm tắt: Một hướng sử dụng rộng rãi chống nhiễu tạp tích cực hình thành vùng lõm (điểm không) giản đồ hướng anten (GĐHA) đa hướng máy gây nhiễu thực cách sử dụng anten mảng pha thích nghi tự động bù khử búp bên Hiệu bảo vệ đa khỏi nhiễu tạp tích cực chủ yếu xác định mức búp bên GĐHA, nơi nhiễu tạp tích cực (NTTC) tác động vào Trong thực tế, chuyển động anten đa máy gây nhiễu mà NTTC trở nên khơng dừng hệ thống đa có khoảng thời gian “dịch vụ” Các hệ thống tự động bù khử NTTC xây dựng sở hình thành vectơ cột trọng số cách đảo ngược ma trận thu (gọi nghịch đảo trực tiếp ma trận nhiễu tương quan (NOM)) kết hợp với thuật tốn nội suy tuyến tính vec tơ trọng số cho phép trì chất lượng bù khử NTTC khơng dừng Từ khóa: Giản đồ hướng anten; Nhiễu tạp tích cực; Ma trận tương quan nhiễu; Vectơ cột trọng số ĐẶT VẤN ĐỀ Hiệu bảo vệ đa khỏi nhiễu tạp tích cực miền khơng gian chủ yếu xác định mức búp bên GĐHA, nơi nhiễu tạp tích cực (NTTC) tác động vào Thông thường, hệ thống đa phương pháp chủ yếu triển khai để giảm ảnh hưởng NTTC theo búp bên mảng anten là: - Bổ sung xử lý trọng số; - Hình thành điểm "khơng" thích nghi búp sóng GĐHA theo hướng NTTC tác động hệ thống tự động bù khử nhiễu; - Đổi tần số thích nghi Phương pháp chuyển tần thích nghi cho phép có nhiễu dải hẹp trạm nhiễu phát chuyển sang điểm tần công tác khác không trùng với tần số trung tâm nhiễu Điều chỉnh tần số thích nghi hoạt động sau Trong thời gian dịch vụ khoảng thời gian đa hoạt động tích cực tiến hành chuyển tần dao động chỗ thiết bị thu Đồng thời, giá trị trung bình bình phương xung nhiễu xác định tần số tần số có mức nhiễu tối thiểu chọn chuyển tần số công tác đa đến tần số Mục tiêu hệ thống tự động bù khử (AK) nhiễu đảm bảo hoạt động cho hệ thống đa đa chức môi trường nhiễu phức tạp Trong đa có chu kỳ lặp ngắn, số lượng phần tử cự ly sau lấy mẫu nhỏ việc tính tốn trọng số AK phải thực khoảng dịch vụ đặc biệt đa không phát xạ mà hoạt động để thu Trên thực tế, điều có nghĩa mát thơng tin có ích, dẫn đến giảm khả phát suy giảm chất lượng xử lý chu kỳ mở rộng dải thông lọc Doppler tăng mức búp bên lọc Tuy nhiên, khoảng thời gian vùng dịch vụ dài độ dư trung bình NTTC không phối hợp trọng số AK nhỏ Do đó, hệ thống đa tầm gần, nhiệm vụ chọn tối ưu khoảng thời gian khoảng dịch vụ theo quan điểm triển khai tích hợp hệ thống AK NTTC xử lý chu kỳ trở nên cấp thiết Vấn đề giảm thiểu ảnh hưởng nhiễu không dừng hệ thống bù nhiễu tạp tích cực đặc biệt cấp bách hệ thống đa động tầm gần phát mục tiêu Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, - 2020 79 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử MƠ HÌNH TÍN HIỆU ĐẾN MẢNG ANTEN Xét mảng anten tuyến tính (AR) có N phần tử (chấn tử) Bộ chuyển đổi tương tự sang số đặt đầu phần tử AR thực lấy mẫu trình với khoảng rời rạc ∆t Do đó, sau lần lấy mẫu, tập hợp N số đọc nhận từ đầu phần tử AR Xử lý không gian thuật toán xác định chuyển đổi tập thành mẫu Kết chuỗi số đọc hình thành đầu trình xử lý khơng gian sau chuyển sang xử lý thời gian Xử lý thời gian không xem xét Mục đích xử lý khơng gian để lọc tín hiệu có ích dựa nội tạp phần tử mảng anten NTTC Giả định mặt sóng tín hiệu thu phẳng áp dụng cho tín hiệu có ích nhiễu tích cực bên ngồi Ở đầu phần tử AR, mặt sóng phẳng chuyển thành tập giá trị đọc biểu diễn dạng vectơ cột: ( )= , ,…, , (1) ( ), d tỷ số bước sóng mạng so với bước sóng ε góc Trong đó: = pháp tuyến với anten hướng đến tín hiệu Biết xử lý không gian tối ưu thực cách sử dụng vectơ trọng số nghiệm phương trình ma trận [1]: = ( ), (2) Ở đây, = 〈 〉 ma trận tương quan (CM) nhận từ tất phần tử AR vectơ nhiễu Z (nhiễu trường hợp tổng nội tạp phần tử AR NTTC), vectơ trọng số cần tìm ; ( ) vectơ tín hiệu có ích ; ε hướng đến tín hiệu có ích, dấu ngoặc 〈 〉 biểu thị trung bình thống kê ; (•) H liên hợp Hermitian Đối với vectơ mẫu Y (k) nhận từ phần tử AR thời điểm thứ k, thuật toán xử lý không gian tối ưu xác định biểu thức: ( )= ( ) (3) Vectơ cực đại hóa tỷ số (tín hiệu có ích)/(tín hiệu gây nhiễu) đầu xử lý không gian Tuy nhiên, xử lý khơng gian tối ưu thường đòi hỏi chi phí phần cứng (tính tốn) đáng kể, AR thường có số lượng phần tử lớn Thật vậy, ma trận R thực tế chưa biết tiên nghiệm Do đó, thực tiễn, xử lý tối ưu thường thay gần tối ưu với mục đích khơng phải cực đại hóa tỷ số (tín hiệu có ích)/(tín hiệu gây nhiễu) để giảm thiểu công suất NTTC bên ngồi đầu xử lý khơng gian Một thiết bị triển khai cách sử dụng tự động bù khử nhiễu tạp tích cực (AK NTTC) [2] Hình Sơ đồ khối trình xử lý không gian gần tối ưu 80 N T Thành, L N Uyên, “Tổng hợp hệ thống tự động … điều kiện nhiễu không dừng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Sơ đồ khối q trình xử lý khơng gian gần tối ưu thể hình Nó chứa mảng anten N phần tử, kênh xử lý khơng gian hình thành Với lọc phối hợp, mức búp bên thường không đủ thấp để chế áp đáng tin cậy tín hiệu thu thơng qua chúng (đặc biệt nhiễu tích cực) Một cách hình thức, để giảm mức búp bên, sử dụng cửa sổ trọng số khác nhau: Dolph-Chebyshev, Hamming, Kaiser-Bessel, [1] Trong trường hợp này, hệ số lọc không gian phối hợp nhân với hệ số thực hàm cửa sổ vectơ xử lý khơng gian hình thành Tuy nhiên, việc sử dụng cửa sổ trọng số ngụ ý mức độ đồng cao phần tử AR, với khác biệt nhỏ chúng (đặc biệt pha) làm mức búp bên tăng mạnh việc sử dụng cửa sổ trọng số trở nên không hiệu Trong thực tế, khó để đảm bảo đồng vậy, phần tử AR bao gồm thiết bị tương tự Do đó, để chế áp nhiễu tích cực tác động lên búp bên GĐH nên sử dụng tự động bù khử cho phép hạ thấp mức búp bên kênh chính, khơng phải tồn phạm vi góc mà hướng nhiễu tác động [2] Để thực tự động bù khử nhiễu (xem hình 1), ngồi kênh chính, kênh phụ (bù) M hình thành, kênh có anten định hướng yếu Hơn nữa, M /2 86 N T Thành, L N Uyên, “Tổng hợp hệ thống tự động … điều kiện nhiễu không dừng.” Nghiên ccứu ứu khoa học công nghệ Sơ đđồ chức ch c thi thiếtt bbị AK NTTC vvớii phép nnộii suy tuyếến n tính hhệ ssố hiệu chỉnh nh hi u ch đượcc th đư thểể hi n hhình ình 11 Do kkếếtt quả bi biểuu th thứ ũng như theo sơ đồ đồ chức ch c ((hình ình 11), ta sẽẽ ứcc (14) (15), ccũng xây ddựng ng m t mơ hình tốn m mộtt thiết thi t bbị thích nghi đđể bù nhi nhiễễu tự ự động đ ng v vớ ớii phép nnộii suy n tính hhệệ sốố AK NTTC Hãy xét tr tuyến trư ường ng hợp h p tương tự tự vớ ớii m t nguồ ngu ồn n NTTC tác độộng ng vào búp bên th thứ nh nhấấtt kênh GĐH anten vvớ ớii cơng su suấtt 60 dB ((h hình ình 5) Đ Độ rộộng ng GĐH mứ mứcc 3dB βGĐH = 100 Hình 12 - 15 trình bày kkếtt qu m mơơ ph phỏỏng: ng: - NTTC đư đượcc điềềuu ch chế bbởii GĐH kênh chính OK OK (đư (đườ ờng ng màu đđỏ hình hình 12); - NTTC đầu đ u hhệệ thốống ng AK không nnộ ộii suy tuyến n tính tr trọng ng số s (đư (đường ng cong dư i hình hình 12); - NTTC đầu đ u hhệ thốống ng AK với v i phép nnộii suy tuyến n tính tr trọ ọng ng số s đư n đượcc thự thựcc hi theo cách 1, theo bi biểuu th ứcc (14) (đư (đường ng cong dư dướii hình ình 13); thứ - NTTC đầu đ u hhệ thốống ng AK với v i phép nnộii suy tuyến n tính tr trọ ọng ng số, s , đư n đượcc thự thựcc hi theo cách 2, theo bi biểuu th ứcc (15) (đư (đường ng cong dư dướii hình ình 14) thứ Hình 12 NTTC đđầuu hhệ thố ống ng AK không nnộ ộii suy tuyếến n tính trọ trọng ng số s Hình 13 NTTC đđầu u hệ h thốống ng AK vvớ ới phép nộ nộii suy tuyếến n tính tr trọ ọng ng số s ố,, thực hiệện th c hi theo cách 11 Hình 14 NTTC đđầu u hệ hệ th thống ng AK vvớ ớii phép nộ nộii suy tuyến n tính tr ọng ng ssố,, trọ đư c th thựcc hi hiệện n theo cách 2 Tạp ạp chí Nghi Nghiên ên cứu cứu KH&CN quân uân sự, sự, Số 66, - 2020 2020 87 K Kỹỹ thuật điều khiển & Điện tử Đồồ thị th hình 15 kkếtt qu ụ thuộ thuộcc hệ h sốố ch chế áp NTTC ((K ộ mô hình hóa ssự phụ Kchế áp) vào đđộ rộộng ng gi giữ ữaa vùng ddịch ch vvụ đối vớii trư trường ng hhợp p đư c xét (1 ssố vùng dịch d ch v vụụ)) đối ộ đ i vớ đ i vvớii đđộ rộộng ng GĐHA kênh chính: khơng có nnộii suy tuyếến n tính HSTS (đư (đườ ờng ng cong 1) phương pháp (đư (đường ng cong 2) phương pháp (đư (đườ ờng ng cong 3) 3) Trong đó: βGĐH chiều chi u rrộng ng GĐHA kênh mức m c âm dB; βC3 - khoảng kho ng gi giữ ữaa vùng ddịch ch vụ vụ Kếếtt qu mô ph ng cho th y r ng không ssử dụng ng phép nnộii suy tuyến n tính tr trọọng ng thấấy sốố, hệệ số ố chế ch áp trung bình NTTC khơng vvượ ợtt 15 dB S Sử ddụng ng phép nnộ ộii suy tuyếến n tính hhệ số ố trọng tr ng ssốố cho phép tăng hhệ số chếế áp NTTC trung bình ttừ đến đ n 15 dB Đi u quan tr Điều trọng ng ccầnn lưu ý s phụ ụ thu thuộộcc cho phép gi giảảii quy quyếếtt vấn v n đề đ triểểnn khai ttổ ổ hợ ợp hệ hệ thố ống ng AK NTTC xxử lý gi giữaa chu kkỳ Đó là, bbằng ng cách ch n số ợng ng chọn s lượ kho ng dịch khoảng d ch vụ v ttốii ưu, m mộộtt mặt, đ đảm m bbảảo o đượ đượcc hệ h số s ch chế áp NTTC ccầnn thiếtt m mặtt m t, khác, đđảảm m bảo b o đư đượcc tổ tổn n hao tối t i thiểu thi u phát hi hiệện n tín hiệ hiệuu bbởii hhệ thố ống ng xử x lý giữ giữaa chu kkỳ Trong hình 12 có th thểể quan sát th thấyy cu cuốốii m i vùng làm việ việc, c, ch chếế áp nhiễu nhi u bbị gi giảm m ảnh nh hư hưởng ng lỗi l i thờ thờii tr trọng ng ssốố AK GĐH/ C3 Hình 15 Sự ự ph h ssố ch chếế áp nhiễu nhi u tạp t p tích ccựcc vào đđộ rộng r ng phụ thuộ thuộcc hệ giữ ữaa kho khoảng ng dịch d ch vụ vụ M c dù việ Mặc việcc áp ddụng ng quy trình nnộii suy tuyến n tính HSTS th thờ ờii gian thự th ựcc đòi đòi hhỏii ssử dụụng ng tài nguyên bbộộ nhớ (cần n phải ph i ghi nh nhớ tất t t c nh nhịpp chu kkỳ ỳ nh máy tính bbổ sung (c dịch ch vvụ sau tính cá tr HSTS HSTS,, nhi nhiễễu u kênh đư đượ ợcc trừ tr ướ ướcc tính cácc giá trị đư c hình thành có tính đđến n hiệu hi u ch chỉỉnh nh đđốii vớ vớii m i nh nhịp p ghi nhớ) nh ) Đó khơng ph phảảii trở ngại ng i cho việc vi c th thự ựcc hi n thuật thu t toán đđề xu xuấtt tài ngun máy tính ssố c a hhệệ th thống ng đa đa chức ch c hi hiệnn đđạạii cho phép kh khảả này 55 K KẾT ẾT LUẬN Bài báo đđãã trình bày ph ương pháp ttổng hợp hệ thống tự động bbù ù khử khử nhiễu tạp tích cực phương môi trư trường ờng nhiễu không dừng Thuật toán tự động bbùù kh khử ba kkênh ênh nhi ễu tạp tích nhiễu cực ực đđược ợc xem xét dựa tr ên phương pháp đđảo ảo ngược ng ợc trực tiếp ma trận ttương ương quan nhi nhiễu ễu tín hi hiệu ệu nhiễu phân bố Gaussian với ma trận ttương ương quan suy bi biến ến Qua chứng ứng đó, đãã ch minh hi hiệu ệu ph phương ương pháp bù kh khử nhiễu tích cực giảm đáng kể tr trường ờng hợp ợp nhiễu không dừng không phố phốii hhợp ợp tham số trọng số tự động bbù ù kh khử với vịị trí khơng gian giản đồ anten vvàà nguồn nguồn nhiễu tr trình ình quay anten hhệệ thống radar Quan hệ hệ phụ thuộc hệ số chế áp vvàà giá trị trị khoảng thời gian vvùng ùng nh nhận ận ddùng ùng để để tính hệ số hiệu chỉnh bộộ bù bù kh khử tự động Đ Đãã cho th thấy phụ thuộc nnày ày cho phép ttổng hợp tối ưu hhệệ thống bù bù khử khử nhiễu, cung cấp hệ số chế áp cần thiết với tổn thất tối ối thiểu tỷ số tín/tạp phát tín hiệu hệ thống xử lý chu kỳ 88 N T T Thành, L L N Uyên, Uyên, “Tổng “ hợp hệ thống tự động … điều ều kiện nhiễu không dừng dừng.” ” Nghiên cứu khoa học công nghệ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Introduction to Adaptive Arrays Robert A Monzingo, Thomas W Miller -2004 [2] W.L Melvin, "Application of STAP in advanced sensor systems," Proceedings of the Research and Technology Agency, North Atlantic Treaty Organization (RTA-NATO) Lecture Series 228 - Military Applications of Space-Time Adaptive Processing, September 2002 [3] L.E Brennan and I.S Reed, "Theory of adaptive radar," IEEE Trans AES, Vol 9, No 2, March 1973, pp 237-252 ABSTRACT SYNTHESIS OF AUTOMATIC DISPOSAL REMEDIATION SYSTEM IN NOISE STOP CONDITIONS One of the main methods widely used in active noise jammer cancellation is to form concave (zero) zones in the antenna pattern of radar towards the jamming source by using adaptive phased array antennas or auto compensate sidelobes The effective protection of radar from active noise jammer is primarily determined by the level of the buds on the antenna pattern side, where active noise is most likely to be affected In fact, due to the motion of the radar antenna or interfering source, the active noise becomes non-stationary when the radar system has "service" intervals Automated active noise compensation systems are built base on forming weight vectơs by reversing the obtained matrix (called direct inverse correlation matrix (NOM) combined with the algorithm Linear weight vectơ interpolation allows the maintenance of non-stationary active noise compensatory quality Keywords: Antenna pattern; Active noise; Interference correlation matrix (CMP); Weight vectơs Nhận ngày 05 tháng 02 năm 2020 Hoàn thiện ngày 20 tháng 02 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 10 tháng năm 2020 Địa chỉ: Viện Ra đa, Viện KH – CN quân * Email: ntt7680@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 66, - 2020 89 ... việc tổng hợp tự động bù khử tối ưu dẫn đến tìm vectơ V giúp giảm thiểu cơng suất tín hiệu NTTC đầu TỔNG HỢP VÉC TƠ TRỌNG SỐ BỘ TỰ ĐỘNG BÙ KHỬ NHIỄU TẠP TÍCH CỰC Nguyên lý hoạt động tự động bù khử. .. tính chuyên dụng sử dụng hệ thống đa đại chắn đáp ứng yêu cầu Do đó, nghiên cứu hệ thống tự động bù khử nhiễu tạp tích cực mơi trường khơng dừng thơng qua ví dụ tự động bù khử ba kênh dựa phương... T Thành, L N Uyên, Tổng hợp hệ thống tự động … điều kiện nhiễu không dừng. ” Nghiên ccứu ứu khoa học công nghệ = ∑ = ∑ () () () () (11) (12) Trong l th thứ tự ssố đđọcc thờ nhiễuu; L lượ lượng