Экстремальные адаптивные антенны

Для современных РЛС, функционирующих в сложных условиях сигнально-помеховой обстановки, насущным становится применение в приемных РЭС экстремальных адаптивных антенн (ЭАА). Антенны такого типа (обычно на базе ФАР) осуществляют пространственно-временную обработку приходящих сигналов с целью значительного улучшения отношения сигнал/(шум+помеха) (ОСШП) на входе приёмного устройства, разрешения нескольких целей по угловым координатам и др. Обработка заключается в изменении АФР поля на раскрыве решётки посредством управления коэффициентами передачи в отдельных каналах ЭАА.

Экстремальная адаптивная антенна включает в себя антенную решётку, диаграммообразующую схему (ДОС) с управляемыми коэффициентами передачи в каналах отдельных элементов решётки и устройство управления –

Рис. 2.32

процессор. Обобщённая схема N-элементной адаптивной антенной решётки представлена на рис. 2.32. На выходе каждого из N антенных элементов формируется сигнал хn (n – номер элемента), который поступает в соответствующий канал ДОС, где умножается на весовой коэффициент wn. Вектор весовых коэффициентов W формируется адаптивным процессором.

Таким образом, АФР на раскрыве решетки создается в соответствии с критерием оптимальности адаптации (или критерием адаптации). При этом должен быть обеспечен экстремум (максимум или минимум) соответствующего критерия адаптации. Наиболее часто используются следующие критерии оптимальности: минимум среднеквадратической ошибки, максимум отношения правдоподобия, максимум ОСШП и другие. Как правило, ЭАА используются для борьбы с помехами. При этом в процессе адаптации путем управления коэффициентами передачи каналов формируется такое АФР на раскрыве решётки, чтобы максимум ДН был ориентирован на источник полезного сигнала, а минимумы ("нули") – на источники помех.

Классификация экстремальных адаптивных антенн может быть проведена по различным признакам. По соотношению числа каналов адаптации и общего числа излучателей АР выделяют полностью адаптивные и частично адаптивные ЭАА. В последних обработка сигналов производится в ограниченном числе антенных элементов. К частично адаптивным относятся антенные решетки, построенные по принципу модульной обработки сигналов (сигналов субрешеток), а также адаптивные компенсаторы (АК).

По принципам обработки сигналов ЭАА подразделяются на АР фильтрации сигналов и адаптивные компенсаторы. В АР адаптивной пространственной фильтрации сигналов одновременно осуществляется оценка приходящих сигналов. При этом вся антенна рассматривается как единый пространственный фильтр. Адаптивные антенны фильтрации во всех приёмных каналах выполняют весовую обработку сигналов, которая заключается в суммировании сигналов, получаемых с выходов различных элементов (каналов) с учётом весовых коэффициентов. Весовые коэффициенты в адаптивных решётках фильтрации сигналов подбираются автоматически таким образом, чтобы напряжения полезного сигнала складывались в сумматоре приблизительно в фазе, а напряжения помехи компенсировались. В адаптивных компенсаторах принципиальным является наличие основного и дополнительного (компенсационного) каналов, причём взвешивание сигналов осуществляется только в дополнительном.

В зависимости от количества формируемых лучей адаптивные антенны подразделяются на одно- и многолучевые. В однолучевых антеннах взвешиванию подвергаются сигналы, снимаемые с выходов элементов АР. В многолучевой антенне взвешиваются сигналы, снимаемые с выходов каналов, соответствующих отдельным лучам. Информация о направлении прихода сигналов здесь содержится в различиях амплитуд сигналов разных источников на выходах каналов.

Процесс адаптации невозможен без необходимых априорных данных, на основании которых формируется так называемый опорный сигнал. В зависимости от типа опорного сигнала выделяют самонастраивающиеся и самогенерирующиеся ЭАА. В первом случае опорный сигнал известен заранее и подается на процессор. При использовании самонастраивающихся антенн задача состоит в том, чтобы по внутреннему опорному сигналу настроиться на приходящий сигнал, также содержащий опорный. В самогенерирующихся ЭАА опорный сигнал формируется по некоторым косвенным априорным данным только в адаптивной антенне и поступает в процессор. В этом случае для формирования опорного сигнала может быть использована дополнительная антенна.

В экстремальных адаптивных антеннах производится обработка принимаемых сигналов, которые характеризуются определённым направлением прихода, видом поляризации и временными параметрами. В соответствии с этим различают ЭАА, предназначенные для пространственной, поляризационной, пространственно-временной обработки и их возможных комбинаций.

Приведенные сведения об экстремальных адаптивных антеннах не содержат информации об особенностях технической реализации таких систем и носят общий характер. Детальное определение структуры и характеристик как процессора, так и всей адаптивной решетки в целом, обычно осуществляется на основе статистической теории оптимального управления.

3. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
АНТЕНН РЭС ПВО

3.1. Влияние повреждений и отказов элементов
антенных систем на их радиотехнические
характеристики и параметры

Инженер-эксплуатационник должен владеть методами аналитической оценки последствий неисправностей антенно-фидерных трактов систем РЭТ, так как в процессе их эксплуатации возможны механические повреждения отдельных конструктивных узлов антенны и изменение электрических свойств материалов, из которых они изготовлены, а также отказы элементов радиоэлектронной техники (фазовращателей, усилителей и т. п.), используемых в антенно-волноводных трактах.

Рассмотрим влияние повреждений и отказов на характеристики и параметры зеркальных антенн и ФАР, наиболее широко применяющихся в современных РЛС.

3.1.1. Влияние повреждений на радиотехнические
характеристики и параметры зеркальных антенн

Основными видами повреждений зеркальных антенн являются:

локальные повреждения поверхности зеркала (вмятины, сквозные отверстия);

перекосы поверхности зеркала; смещения облучателя и его механические повреждения.