Цифрове діаграммоутворення (стр. 4 из 10)
Рис. 1.7. Спрощена модель приймальної лінійної ЦАР з урахуванням найвпливовіших негативних чинників.
Рис. 1.8. Спектральна оцінка за методом Бартлета.
Наприклад, на рис. 1.8 зображена спектральна оцінка за методом Бартлета, отримана по двох рівнопотужним сигналам від кореспондентів з кутовими координатами 0 та 300 для лінійної ЦАР, що складається з 8-и напівхвильових диполів, у випадку зневаги взаємним впливом АЕ (пунктирна лінія) і при його врахуванні (суцільна лінія). По вертикалі відкладений рівень відгуку решітки, а уздовж горизонтальної осі – кутові координати кореспондентів у градусах.
Таким чином, можна констатувати факт, що на якість процедур обробки сигналів вагомий прояв призводить ефект взаємного впливу АЕ каналів ЦАР [17]. Для компенсації зазначеного ефекту існує кілька підходів. Зупинимося докладно на більш вдалих з них.
1.3 Аналіз підходів щодо компенсації взаємного впливу антенних елементів (АЕ)
У [17] запропоновані варіанти згладжування взаємного впливу каналів стосовно до методів MUSIC (метод класифікації множинних сигналів, MUltiple SIgnal Classification). В обробці сигналів обмежуються обліком впливу 10–20 взаємодіючих АЕ. Недоліками цього підходу є підвищення обчислювальних витрат через необхідність попереднього розрахунку матриці струмів на АЕ, непрацездатність підходу через пряме визначення зворотної матриці взаємного впливу у випадку її сингулярності, обмеження можливості радіолокаційної системи при корельованих чи шумах низькому відношенні сигнал/шум через орієнтація на метод MUSIC.
У [18] використовується градуїровальний метод калібрування плоскої ЦАР із застосуванням трьох експериментальних джерел випромінювання. Це дозволяє частково знизити взаємний вплив. Такий підхід може бути розвитий при використанні одного рухливого випромінювача.
Також можливі варіанти вирішення зазначеної задачі, що розглянуті в [19–21]. Аналіз існуючих методів врахування взаємного впливу каналів дозволяє зробити висновок про їхній недостатньо високу ефективність. Накладені при їхньому синтезі обмеження позбавляють зазначені підходи універсальності. Це зв’язано з наступними факторами: неадаптивність обробки до завадової обстановки; орієнтація на порівняно прості і, як наслідок, неоптимальні процедури оцінки напрямків приходу сигналів; поява додаткового зрушення отриманої оцінки і зниження її варіабельності; інваріантість до напрямку на ДВ; розрахунок на високе відношення сигнал-шум; високі обчислювальні витрати, що не завжди прийнятно при обробці сигналів у реальному масштабі часу. Усе це звужує область розв’язуваних з їхньою допомогою задач.
Таким чином, виникає необхідність у комплексному підході до розробки таких методів врахування взаємного впливу каналів, що були б максимально вільні від перерахованих вище недоліків.
Розглянемо більш детально роботу ЦАР на прийом. Взаємний вплив АЕ можна виразити через відповідні коефіцієнти (КВВ), що у загальному випадку будуть комплексними величинами. Їхні чисельні значення можна одержати шляхом переходу від матриць розсіювання. На сьогоднішній момент відомі роботи, у яких розглядаються методики визначення власних і взаємних опорів АЕ решітки [17, 19-21]. Крім того, можливе використання рішення, запропонованого в [17].
Згідно [22], напруги в каналах на розкриві такої антени у випадку взаємного впливу обчислюються за виразом:
, (6)де k - номер каналу, вплив якого враховується (
),r - канал, в якому здійснюється компенсація взаємного впливу каналів ЦАР,
- власний комплексний опір каналів, 
а також 
- взаємні комплексні опори каналів.Виразивши струми в каналах через власні комплексні напруги:
, (7)рівняння (6) можна записатися через зважені суми напруг каналів, що впливають:
, (8)де
- зважені сумарні комплексні напруги каналів.Таким чином, вплив к-го каналу на r-ий виражається через КВВ:
. (9)Як наслідок, з (6):
, 
.Для випадку лінійної ЦАР, що складається з
каналів, матрицю КВВ розмірністю 
з врахуванням впливу К каналів, можна записати в вигляді: 
, (10)Крім лінійної ЦАР варто розглянуто плоску антенну решітку. Зазвичай, вона складається з ідентичних і однаково орієнтованих АЕ, розташованих у
стовпцях та 
рядках з відстанями між ними 
– по горизонталі, і 
– по вертикалі (рис. 1.9). При цьому, для спрощення аналітичних викладень вводять ті ж обмеження, що і для лінійної ЦАР, а також передбачають, щоб 
.Для визначення матриць КВВ, відповідно в вертикальній
і горизонтальній площинах 
, достатньо скористатись підходом, що розглядався для випадку лінійної ЦАР. 
Рис.1.9. Плоска цифрова антенна решітка.
При визначенні КВВ необхідно враховувати їхню залежність від напрямку приходу сигналу. Варіантів відповідної апроксимації КВВ може бути кілька. Наприклад, у найпростішому випадку всі можливі напрямки розбиваються на сектори, у межах яких КВВ покладаються незмінними.
1.4. Формування та обґрунтування вимог щодо врахування взаємного впливу АЕ цифрової антенної решітки (ЦАР)
В цілому, загальний підхід до врахування взаємного впливу АЕ ЦАР повинен бути інваріантним до геометрії ЦАР, кількості та типу АЕ. Згідно [23] надалі слід орієнтуватись на частотний діапазон близько 5 ГГц. При цьому довжина хвилі дорівнює
м. З огляду на сучасні можливості елементної бази щодо побудови ЦАР при моделюванні достатньо обмежитись кількістю каналів лінійної ЦАР 
, а відповідно для плоскої – 16х16. Надалі доцільно обумовити припущення, за яких будуть проводитись дослідження.Врахування взаємного впливу АЕ в плоскій ЦАР проводити за умов відсутності залежності КВВ від напрямку приходу сигналу. При цьому, для зменшення розрахунків взаємний вплив в двох площинах вважати однаковим.
Припустимо, що АЧХ приймальних каналів ЦАР мають форму, близьку до прямокутної; коефіцієнти передачі всіх приймальних каналів однакові і дорівнюють одиниці; власні шуми на виходах цих каналів некорельовані із сигналами, статистично незалежні і мають однакову дисперсію. Крім того, будемо вважати, що щільності ймовірностей миттєвих значень власних шумів решітки розподілені за нормальним законом, ширина спектра ДВ шумових сигналів істотно перевищує смугу пропускання каналів, інтервал кореляції сигналів на виходах приймальних каналів решітки, що відповідають одному й тому ж кореспонденту, значно перевищує максимальний час затримки по каналах решітки.
Висновки
Впровадження технології ЦДУ на базі ЦАР є найбільш визначальним явищем у телекомунікаційних системах. Провідні розробники зазначених систем зосереджують свої зусилля на реалізації переваг цифрового діаграмоутворення. Опанування цією технологією безперечно стає одним із головних чинників інформаційної безпеки економічно розвинених країн в епоху інформаційних війн.
Застосування цифрового діаграмоутворення з програмною реконфігурацією архітектури систем і засобів телекомунікацій, надрелеївського розрізнення сигналів дозволить істотно підвищити пропускну спроможність та завадостійкість систем зв’язку, а також зменшити ймовірність помилкового декодування інформації. Особливої уваги заслуговують нові підходи до алгоритмічної обробки сигналів на основі методів спектрального аналізу. Їхня реалізація пов’язана з аналізом стійкості до впливу різного роду дестабілізуючих чинників. Істотно вагомий негативний прояв має ефект взаємного впливу АЕ каналів ЦАР. У результаті взаємодії випромінювачів можуть істотно змінюватись спрямовані властивості й енергетичні характеристики антени в порівнянні з характеристиками, визначеними без врахування взаємного впливу. Аналіз існуючих методів врахування взаємного впливу каналів дозволяє зробити висновок про їхній недостатньо високу ефективність. Накладені при їхньому синтезі обмеження позбавляють зазначені підходи універсальності. Це зв’язано з наступними факторами: неадаптивність обробки до завадової обстановки; орієнтація на порівняно прості і, як наслідок, неоптимальні процедури оцінки напрямків приходу сигналів; поява додаткового зрушення отриманої оцінки і зниження її варіабельності; інваріантість до напрямку на ДВ; розрахунок на високе відношення сигнал-шум; високі обчислювальні витрати, що не завжди прийнятно при обробці сигналів у реальному масштабі часу. Усе це звужує область розв’язуваних з їхньою допомогою задач. Таким чином, виникає необхідність у комплексному підході до розробки таких методів врахування взаємного впливу каналів, що були б максимально вільні від перерахованих вище недоліків.