Xử lý tối u là quá trình làm cực đại hoá tỷ số tín hiệu trên nhiễu cộng tạp âm của một tín hiệu nhất định và đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý thích nghi. Bộ xử lý không gian- thời gian tối u đồng thời xử lý tối u tín hiệu trong cả 2 miền thời gian và không gian.
Vì xử lý không gian- thời gian tối u là một khâu cơ bản trong quá trình xử lý tín hiệu không gian- thời gian thích nghi STAP (Spatial Temporal Adaptive Processing), cho nên chúng ta xem xét trớc hết về STAP. Cơ sở lý thuyết của vấn đề này là xử lý mảng và xử lý tín hiệu nhiều chiều, đã đợc đa ra từ những năm 1970, nhng phải đến mãi những năm gần đây nó mới đợc phát triển mạnh và có các ứng dụng hữu ích do có sự hỗ trợ của công nghệ máy tính.
Hình 2.2 là một sơ đồ khối tổng quát của bộ xử lý không gian- thời gian thích nghi tuyến tính (tín hiệu đầu ra là tổ hợp tuyến tính của tín hiệu đầu vào với các trọng số).
Các khối chính của sơ đồ này bao gồm:
- Tập hợp dữ liệu: Bao gồm các khâu thu nhận dữ liệu, giải điều chế, biến đổi A/D Dữ liệu đ… ợc thu thập đồng thời theo 2 chiều. Theo chiều không gian, dữ liệu lấy mẫu tín hiệu không gian bởi các mảng cảm biến. Trên thực tế dạng hình học của mảng các cảm biến có thể là bất kỳ, song đa số các trờng hợp nhằm đơn giản hoá khi phân tích và thiết kết, ngời ta thờng chọn dạng mảng tuyến tính cách đều ULA. Tín hiệu thu đợc từ mỗi cảm biến gọi là 1 kênh, đợc đa qua một đờng dây trễ gồm nhiều khâu, tạo thành luồng dữ liệu theo thời gian. Kết cấu của đờng dây trễ (độ trễ mỗi khâu, trọng số, ) quyết…
định các đặc tính tần số của đờng dây trễ nh các mạch lọc tần số. Các mạch lọc đờng dây trễ hay đợc dùng là bank lọc Doppler.
- Ước lợng nhiễu: Xử lý các dữ liệu thông tin. Đánh giá tín hiệu đầu ra so với các tiêu chí đã định. Đa ra các thông số cần thiết làm cơ sở xác định giá trị các trọng số.
- Tính toán các trọng số: Thực hiện tính toán các trọng số, thực chất là giải một hệ các phơng trình tuyến tính. Trong đó nhất thiết thực hiện 1 trong 2 thuật toán nặng nề nhất là: hoặc là phải nghịch đảo ma trận hiệp biến nhiễu, hoặc là phải xác định ma trận hình chiếu trực giao, tuỳ theo việc lựa chọn thiết kế. Khi kích thớc của các ma trận này lớn, tuỳ theo kích thớc của dữ liệu đầu vào, thì các thuật toán này trở nên rất phức tạp và chiếm nhiều thời gian của quá trình xử lý.
- Mạch lọc không gian- thời gian: Đây là phần cấu trúc cơ bản quan trọng nhất của bộ xử lý không gian- thời gian thích nghi. Các kết cấu này quyết định cách thực hiện xử lý tín hiệu của bộ xử lý. Phần này có thể bao gồm cả khối biến đổi không gian con sẽ đợc trình bày trong chơng sau. Các tính
toán phải thực hiện ở trong phần này rất đơn giản, chỉ bao gồm các khối cộng và nhân, nhng có số lợng rất lớn, phụ thuộc vào khối lợng dữ liệu đầu vào.
Nh vậy việc thực hiện các tính toán phức tạp và nặng nề nhất của bộ xử lý không gian- thời gian thích nghi nằm trong 2 khâu tính toán trọng số và mạch lọc không gian- thời gian. Hai khâu này chính là bộ xử lý không gian- thời gian
tối u.
Bộ xử lý không gian- thời gian thích nghi đợc ứng dụng trong các hệ thống radar thực với mảng antenna có thể lên đến N=1000 phần tử hoặc hơn nữa, còn số lợng các xung thăm dò dùng để phát hiện mục tiêu cũng có thể lên đến M=1000, khi đó kích thớc dữ liệu là NM=106, kéo theo một khối lợng tính toán khổng lồ mà thời gian tính toán, dung lợng bộ nhớ và giá thành không cho phép. Chính vì thế, để không quá phức tạp trong thiết kế và ứng dụng, ngời ta thờng chỉ nghiên cứu các bộ xử lý không gian- thời gian thích nghi tuyến tính. Trong đề tài này, ta chọn một kích thớc dữ liệu vừa đủ để tính toán số liệu và mô phỏng là N=24 và M=24.