Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7


THUẬT TỐN XỬ LÝ KHƠNG GIAN
THÍCH NGHI
CÁC TÍN HIỆU Ở MẠNG ANTEN SỐ
Lê Ngọc Uyên và Nguyễn Trung Thành
Viện Ra đa,
Viện Khoa học và Công Nghệ Quân sự/ Bộ Quốc phịng
Email: ,



Abstract— Để giải quyết hiệu quả bài tốn phát hiện mục
tiêu của đài radar trong điều kiện nhiễu và mục tiêu phức tạp
cần phải sử dụng hiệu quả hơn sự khác biệt trong cấu trúc các
tín hiệu thu ở các mốc không gian và thời gian. Trong mối
quan hệ này thì mạng anten số có một loạt những ưu điểm, cho
phép thay đổi theo chương trình hay thích nghi hình dạng và
định hướng khơng gian của Giản đồ hướng mạng anten tương
ứng với tình huống radar xảy ra. Những khả năng của mạng
anten số cho phép giải quyết có hiệu quả tối ưu hố xử lý
khơng gian - thời gian các tín hiệu trong điều kiện bất định tiền
định về cấu trúc và tham số phản xạ nhiễu.
Keywords- Mạng anten số, xử lý khơng gian thích nghi, Tín
hiệu trực giao, Tổng hợp giản đồ hướng.

thu được số hoá trực tiếp ở ngay đầu ra của từng phần tử
anten. Sơ đồ cấu trúc đơn giản phần thu của loại ra đa mơ tả ở
hình 1. Trong đó tất cả có 2n+1 phần tử anten

an ,..., a0 ,....an với giản đồ đẳng hướng tạo nên hệ tương tự

biến đổi trường điện từ ở đầu vào mạng anten thành tín hiệu
vơ tuyến ở tần số mang của các modul thu thực hiện bài toán
khuếch đại, biến đổi tần số và lọc tín hiệu cao tần khơng phụ
thuộc vào từng kênh phần tử thu. Tương ứng với các tham số
tin tức của tín hiệu (biên, tần, pha) kênh thu là phần tử tuyến
tính. Các tín hiệu đầu ra kênh thu biến đổi thành dạng số trực
tiếp ở trung tần hay ở các kênh cầu phương khi sử dụng tách
pha cầu phương. Các tín hiệu số song song đưa tới đầu vào tổ
hợp tính tốn số (máy tính chun dụng) thực hiện các bài
tốn xử lý tín hiệu nhận được nhờ các nhóm phần tử trong
mạng an ten.

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ở các đài ra đa hiện đại sử dụng những phương pháp số,
phương tiện số, đã vượt ra ngoài những giới hạn giải quyết
những bài toán xử lý tin tức. Khuynh hướng ứng dụng các
phương pháp số tạo các tín hiệu thăm dị (phát) cho phép mở
rộng đáng kể khả năng tin tức của đài Rađa như các nguồn tin
tức đa chức năng. Phương pháp số với những kết quả sử dụng
để giải quyết các bài toán tạo các tia, điều khiển giản đồ hướng
anten chỉnh sự méo của phương pháp pha. Với phương pháp
số điều khiển phương pháp pha có thể xây dựng hệ thống
chỉnh sửa sai số có hiệu quả khi bức xạ theo vị trí góc của giản
đồ hướng. Đồng thời tạo và điều khiển giản đồ hướng của
mạng anten nhất thiết lập pha của các phần tử, nói chung là nó
liên quan đến tổn hao năng lượng. Kết quả là, những khả năng
tạo các tia có hình dạng theo yêu cầu sẽ hạn chế. Đồng thời
cũng hạn chế khả năng tạo đồng thời nhiều tia, tức giản đồ

hướng nhiều tia. Vì vậy, trong tương lai, tiện lợi hơn cả là tạo
tia bằng phương pháp số các tia giản đồ hướng ở thị tần và tạo
phát đặc trưng không gian của an ten nhờ cộng trọng lượng
các tín hiệu đầu ra phức từ từng phần tử (nhóm phần tử) của
mạng anten đã được biến đổi về dạng số. Tiếp đó, việc cân
nhắc trọng lượng và cộng có thể thực hiện nhờ các thiết bị số,
thay vì các khối cao tần tương tự. Khi đó ta có mạng anten số.
Nghiên cứu lý thuyết và kĩ thuật sử dụng các phương pháp
số tạo và điều khiển giản đồ hướng của mạng anten phát, thu
là một trong những hướng phát triển của tương lai.
Phương pháp số và kĩ thuật tính tốn trong rađa có thể tiếp
cận từng bước tới Ra đa bằng mạng an ten số, trong đó tín hiệu

ISBN: 978-604-67-0635-9

Hình 1. Sơ đồ cấu trúc đơn giản tuyến thu radar với mạng anten
số

Ra đa với mạng anten số so sánh với Ra đa có anten mạng
pha có những ưu điểm sau:
- Khơng bị mất mát do xoay pha.
- Không bị hạn chế về sử dụng các phương pháp xử lý số
đặc biệt với tín hiệu thu và dữ liệu Ra đa.

297



Hội+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7


Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
- Xuất hiện khả năng tạo nhiều tia điều khiển không phụ
thuộc với giản đồ hướng của an ten.
Để giải quyết hiệu quả bài toán Ra đa hiện đại, ưu điểm sau
cùng là quyết định. Khi đó thực hiện bằng phương pháp số tất
cả các chức năng chính hoạt động của Rađa là cơ bản, trong
q trình thu các tín hiệu phản xạ hay bức xạ từ các đối tượng
khác: Tạo giản đồ hướng nhiều tia của mạng anten (Mạng
anten), điều khiển giản đồ hướng mạng anten, xử lí các tín
hiệu thu và các dữ liệu Ra đa, thích nghi với sự thay đổi mơi
trường ngồi.
Sử dụng kĩ thuật tính tốn số ở tất các bước thu thập, xử lí
tin tức Ra đa, ngồi những ưu việt liên quan đến những đặc
trưng kĩ thuật (ổn định các tham số, tin cậy và đơn giản trong
chuyển chương trình…) đảm bảo mở rộng chức năng tăng đặc
trưng chất lượng nhờ:
- Mở rộng phạm vi các bài toán cần giải quyết, ứng dụng
các phương pháp và thuật toán hiện đại do sử dụng những
thành quả mới.
- Ứng dụng cấu trúc thích nghi đảm bảo giải quyết có hiệu
quả những bài toán Rađa trong điều kiện phức tạp thay đổi
nhanh.
Sơ đồ thể hiện ở Hình 1 liên kết các kênh thu Rađa với
mạng anten và máy tính chuyên dụng, về thực chất là sơ đồ
tính tốn dạng chun dụng để giải quyết các bài tốn cơ bản
thu, xử lí tin tức Ra đa - đó là hệ thời gian thực gồm tất cả
phương tiện tính tốn thời gian thực được thực hiện những
thuật toán tổng thể vận hành hệ thống. Thuật toán tổng thể hệ
thống gồm giải quyết những bài tốn rời rạc, lượng tử tín hiệu,
xử lý khơng gian các tín hiệu, cắt nhiễu tiêu cực, tích luỹ tín

hiệu, phát hiện, ước lượng toạ độ, nhận dạng, bám và hàng
loạt những tính tốn khác về mục tiêu. Những kết qủa tính
tốn ở rất nhiều nguồn tài liệu chỉ ra rằng để thực hiện những
thuật toán cơ bản trong xử lí số các tín hiệu cần sự tác động
nhanh của hệ tính tốn.
Rađa đa chức năng có loại là hệ thống với mạng anten cố
định, cho phép thực hiện quét diện tia theo hai toạ độ: phương
vị β, góc tà ε. Để quét 3600 theo góc phương vị thường là liên
kết 4-5 bộ mạng anten. Khi đó hồn tồn loại bỏ việc quay
anten và khơng cịn hạn chế nhịp độ quét không gian và bám
mục tiêu trong điều kiện nhiễu phức tạp, song kích thước, tính
phức tạp, giá thành cũng cao với công nghệ cũ.
Những khả năng về kĩ thuật tính tốn số và những khả
năng của các hệ thống điều khiển tối ưu cho phép ngày nay tạo
được cách xay dựng đài rađa đa chức năng hỗn hợp về nguyên
tắc, thực hiện chế độ quay anten và quét điện giản đồ hướng.
khi đó sử dụng mạng anten phẳng duy nhất đảm bảo quét điện
theo phương vị và góc tà đồng thời với quay mạng anten theo
phương vị như chuyển động cơ. Đài sẽ có chỉ số chất lượng
cao hơn, song kích thước và giá thành cũng cao.
Tiếp tục phát triển, tính đến yếu tố những phép tốn cơ bản
tạo giản đồ hướng phát và thu, xử lý tin tức và phân bố tại
nguyên thời gian, năng lượng ở rađa đa chức năng với mạng
anten cố định và mạng anten quay khơng có khác biệt về thực
chất khi xem xét các phương pháp các thuật toán các bài toán
này, đề xuất rađa đa chức năng với mạng anten cố định.
Như đã lưu ý, sử dụng các phương pháp số tạo giản đồ
hướng mạng anten khi thu, cho phép mở rộng đáng kể tính dự

trữ của các phương pháp được ứng dụng cũng như các thuật

toán xử lý tin tức và điều khiển, đảm bảo nâng cao được hiệu
suất về tổng thê. Đồng thời khi số hố các tín hiệu thu được ở
đầu ra từng cụm mạng anten để tạo giản đồ hướng và xử lý các
tín hiệu (đặc biệt là xử lý khơng gian) u cầu thiết bị tính
tốn tốc độ rất cao. Chính vì vậy, khi tạo giản đồ hướng mạng
anten số khi thu thường dẫn đến hợp nhất các phần tử thu của
mạng thành mạng con (modul), bên trong chúng là hợp nhất
các tín hiệu thu (tạo giản đồ hướng của các modul) thực hiện
nhờ các thiết bị tương tự, sau đó tín hiệu đầu ra của mạng con
biến đổi thành dạng số và tất cả các bước xử lý tiếp theo là
thực hiện trên số. Số các phần tử bức xạ liên kết thành mạng
con theo thiết kế cụ thể và tương ứng với tài nguyên tính tốn
cụ thể. Lưu ý rằng, các modul càng lớn trong mạng thu số thì
điều khiển chức năng càng phức tạp, càng bị tiêu hao theo hiệu
suất điều khiển so với mạng anten số hố các tín hiệu đầu ra
của từng phần xử lý bức xạ.
Tính tốn những điều kiện ban đầu đã nêu và trên cơ sở
phân tích những kết quả nghiên cứu thiết kế đã biết sơ đồ cấu
trúc sơ bộ của rađa đa chức năng với modul mạng anten và tạo
số giản đồ hướng khi thu, hình 2.

Hình 2. Sơ đồ cấu trúc sơ bộ của rađa đa chức năng với modul
mạng anten và tạo số giản đồ hướng khi thu

Thành phần của sơ đồ gồm các hệ thống con cơ bản:
1. Phần tạo và điều khiển giản đồ hướng mạng anten
một tia phát, trong thành phần của hệ này gồm các khối tạo và
phân chia các tín hiệu phát, bộ xử lý điều khiển tia giản đồ
hướng của anten, các mặt điều khiển các cum Mҥng anten và
hệ thống các bộ dịch pha điều khiển ở đầu vào từng bộ bức xạ

phát.
2. Phần tạo các mạng con, khuếch đại, dao dộng tương
can, tạo số các tín hiệu ở đầu ra mođul mạng anten. Trong
thành phần của các hệ này gòm các bộ cộng, các mođul thu
gồm khuếch đại cao tần, biến đổi tần số, khuếch đại trung tần,
tách pha và biến đổi số các thành phần cầu phương các tín
hiệu thu của các hệ thống con.
3. Phân hệ tạo số và điều khiển giản đồ hướng mạng
anten khi thu thực hiện ở dạng khối số riêng biệt. Phân hệ này

298



Hội +ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7

Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
liên quan trực tiếp và theo kênh hồi dẫn với khối xử lý khơng
gian thích nghi các tín hiệu được nối khi tác động nhiễu tạp
tích cực.
4. Phân hệ xử lý số các tín hiệu ra đa thu được gồm
điều khiển thích nghi như là hệ xử lý, cũng như dưa tin cho
người dùng tin. Phân hệ này được thực hiện nhờ các hệ tính
tốn số chuyên dụng và đặc biệt (bộ vi xử lý).

'f AP - Giải thông mạng anten.

Việc xử lý không gian - thời gian tối ưu các tín hiệu trong
trường hợp này dẫn đến cộng các dao động thu vector trọng
lượng được tìm từ quan hệ:


1 f
R W(s,T )G (t - s)ds X(t)X(T )
2 ³f
ở đây: W(s,T ) - Vector hệ số trọng lượng

II. LẬP LUẬN BÀI TỐN, MƠ HÌNH
CÁC TÍN HIỆU VÀ NHIỄU

Theo tính chất lọc của hàm delta, từ (6) sẽ có:

W(s,T )

Xem xét bài tốn xử lý khơng gian tối ưu, chính xác hố
mơ hình tín hiệu và nhiễu ở đầu ra mạng anten số.[1]

X i (T )

hướng tới của tín hiệu

z

Z

(2)

phần tử thứ i của mạng anten.

NJ (t ) - Biên độ phức điện áp nhiễu nguồn C.
Theo giả thiết sự đúng đắn của mơ hình tạp trắng cho nội

tạp và nhiễu ngoài, ma trận tương quan của nhiễu tổng R(t,s)
xác định bằng biểu thức.

Ở đây :

R

>

@

RG (t  s)

(3)

n

R0  ¦ N J X (Q J ) X *T (Q J )

(4)

J 1

R0 - ma trận chéo ( M u M ) của mật độ công suất phổ

nội tạp của các kênh thu.
N J - Mật độ cơng suất phổ nhiễu từ nguồn

J


ở đây:

i 1

*

i

f

³ Y¦ (t )X (t )dt
*

(9)

(10)

f

1

tương quan đảo R , biểu diễn nó (7). Khi đó trong điều kiện
bất định về hướng tác động và cường độ nhiễu, các đại lượng
này cần phải ước lượng trên cơ sở hoàn cảnh nhiễu xảy ra.

.

Giả thiết thoả mãn điều kiện:

'f p  'fJ  'f AP


¦ Y (t )W (T )

*

X i (Q J ) - Vector cột phân bố biên độ - pha

M N (t ).N *T (s) / 2

f

1
Y (t ) W* (t )dt
³
2 f ¦

N

(8)

anten với các hệ số trọng lượng phức Wi (T ) được đưa vào
theo kênh thu.
Xử lý thời gian dẫn đến việc tính tốn tích phân tương
quan phức, phương pháp lọc - tương quan.
Sơ đồ cấu trúc đơn giản phép xử lý không gian - thời gian
tối ưu các tín hiệu ở radar đa chức năng mơ tả ở hình 1.
Xử lý khơng gian theo hình 1 thực hiện bằng cách cộng
tương can trọng lượng theo kênh các tín hiệu ở đầu ra các
phần tử mạng anten và dẫn đến tạo giản đồ hướng khi thu.
Xử lý thời gian thực hiện bởi bộ lọc phối hợp (LPH), bộ

thích luỹ tương can hay khơng tương can và tách biên độ. Dữ
liệu đầu vào của xử lý không gian - thời gian đưa đến đầu vào
thiết bị điều khiển (PY), thực hiện bài tốn tốn phát hiện các
tín hiệu và ước lượng toạ độ các điểm dấu phát hiện.
Vì vậy, để xây dựng sơ đồ xử lý không gian có tín hiệu ở
mạng anten cần biết vector trọng lượng W(T ) hay ma trận

N 0 (t ) - Vector cột những biên độ phức điện áp nội tạp

R(s, t )

f

Vì vậy, xử lý khơng gian - thời gian được chia ra không
gian và thời gian (9) thực hiện bởi cộng trọng lượng các biên
độ phức dao động Yi (t ) thu được nhờ các phần tử của mạng

n

J

*

Khi đó (8) dẫn đến dạng

Ti .

các tín hiệu nhiễu nguồn

(7)


1 T
Y (t ) W* (T ) W* (t )dt
2 ³f

Y (t ) Y (t ) W (T )
¦
T

J 1

X (Q J )

f

1
Y T (t ) W* (t , T )dt
2 ³f

Tách từ (8) tổng trọng lượng xử lý không gian:

exp(  jTi ) chỉ phụ thuộc vào

N 0 (t )  ¦ X (Q J ) N J (t )

W(T )W(t)

ở đây: W(T ) R X (T ) ; W(t) 2X(t)
Tổng tích phân trọng lượng (tín hiệu ra) khi xử lý không
gian - thời gian tối ưu dưới dạng:


Nhiễu được giả thiết là quá trình ngẫu nhiên dừng và tạo
bởi các nguồn không tương quan lẫn nhau. Vector cột của
những biên độ phức điện áp nhiễu và nội tạp ở đầu ra các phần
tử anten thể hiện dưới dạng:

N (t )

2R -1 X (T ) X (t )
-1

(1)
Tín hiệu có ích ở dạng : X (t , T ) X (t ) X (T )
X(t)- đại lượng vô hướng mô tả luật thay đổi theo thời gian
biên độ phức các dao động tín hiệu chung các phần tử mạng
anten.
Vector X (T ) - phân bố biên độ - pha tín hiệu ở mặt mở
mạng anten, phụ thuộc vào dạng gần đúng của sóng (cầu,
phẳng) và các tham số của mơi trường truyền sóng.
Với các sóng phẳng

X (T )

(6)

III. MẠNG ANTEN THÍCH NGHI, NGUYÊNTẮC XÂY
DỰNG VÀ HOẠT ĐỘNG

(5)


'f p - giải thông thiết bị xử lý

Trong những điều kiện hoàn cảnh bên ngoài thay đổi đa
dạng và ngẫu nhiên do bức xạ nhiễu (nhiễu tích cực), Để đảm

'f J - Độ rộng hiệu dụng phổ năng lượng tín hiệu
nhiễu.

299



Hội+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7

Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)
bảo yêu cầu hiệu quả về phát hiện và bám các đối tượng trên
không, mạng anten thích nghi được sử dụng rơng rãi.

Xo(t). Vì vậy nhờ tín hiệu chuẩn Xo(t) có thể phân biệt được
đâu là tín hiệu có ích và nhiễu, đảm bảo việc tạo giản đồ
hướng của mạng anten với vùng lõm ở hướng nguồn nhiễu.
[2,3]
Để khắc phục những khó khăn đã thấy để thực hiện mạng
anten số hồn tồn thích nghi, có ít nhất là 2 phương pháp:
Thứ nhất là là chuyển tiếp đến thích nghi những Modul
mạng anten số, trong đó đầu tiên là tích luỹ tương tự các tín
hiệu ở các nhóm những phân tử mạng anten, từ đó lọc thích
nghi số các tín hiệu đầu ra của các Modul theo sơ đồ hình 4.
Khi đó tín hiệu đầu ra nhận được rõ ràng là khơng trùng với
những tín hiệu đầu ra của mạng thích nghi tồn phần, những

kết quả tương ứng có thể xem là tự thích nghi.
Một phương pháp khác được sử dụng rộng rãi trong thực tế
là thiết kế mạng anten số (mạng anten số thích nghi). Trong
đó để thích nghi chỉ sử dụng một phần các phần tử (mạng xây
dựng theo Modul hoặc không theo Modul), những mạng này
gọi là thích nghi cục bộ. Sơ đồ cấu trúc đơn giản của thích
nghi cục bộ tuyến tính với kênh chính tách biệt sử dụng để
thích nghi M trong N các phần tử của mạng anten thể hiện ở
hình 5.

Hình 3. Sơ đồ cấu trúc đơn giản phép xử lý khơng gian - thời
gian tối ưu các tín hiệu ở radar đa chức năng

Mạng anten gọi là thích nghi, trong đó hiệu suất hoạt động
phải là cực đại theo tiêu chuẩn định trước, khi điều kiện bên
ngoài thay đổi đảm bảo việc hiệu chỉnh liên tục hình dạng
Giản đồ hướng của chúng trên cơ sở phân tích mơi trường
ngoài và điều kiện hoạt động của đài rađa.
Sơ đồ cẩu trúc của mạng anten thích nghi tuyến tính tạo
giản đồ hướng bằng phương pháp số (mạng này được gọi là
mạng anten số thích nghi) trình bày ở hình 4. Phần tử cơ bản
của nó là bộ lọc số thích nghi để tạo các hệ số w1 ,..., wM ,
xem xét trọng lượng của các tín hiệu mạng anten được biến
đổi sơ bộ về dạng số ở các modul thu tương tự số.
Ở các bộ lọc này tín hiệu chuẩn đã biết Xo(t) thích nghi với
mạng anten, tức tín hiệu đầu ra của mạng U 6 (t) được so sánh
với nó. Khi đó tín hiệu sai lệch được tạo ra.

H (t )


Xo(t) + U 6 (t)
Hình 5. Sơ đồ cấu trúc đơn giản của thích nghi cục bộ tuyến
tính với kênh chính tách biệt sử dụng để thích nghi M trong N các
phần tử của mạng anten

Nguyên tắc tạo Giản đồ hướng tổng hợp ở mạng anten
thích nghi tuyến tính với 2 kênh bù khử thể hiện ở hình 6, ở
đây Fo( T ) là Giản đồ hướng kênh chính, F1( T ), F2( T ) là
Giản đồ hướng các kênh bù khử, F*( T ) là Giản đồ hướng tổng
khi có tác động 2 nguồn nhiễu từ các hướng T 1, T 2.

Hình 4. Sơ đồ cẩu trúc của mạng anten thích nghi tuyến tính tạo
giản đồ hướng bằng phương pháp số

Fo (T )

Fo* (T )

Dùng bộ lọc thích nghi để tính tốn và điều khiển các hệ số
trọng lượng phức Wm (m=1,2,3...M) tương ứng với các tiêu
chuẩn tối ưu được chọn. Khi đó tín hiệu thu bất kỳ (khơng có
trong Xo(t)), coi như tín hiệu nhiễu và hệ thống điều chỉnh các
hệ số trọng lượng sao cho loại trừ nó khỏi tín hiệu đầu ra. Kết
quả là ở hướng có tín hiệu này thiết lập giản đồ hướng của
mạng anten là 0. Nếu tín hiệu thu có thể hiện trong Xo(t), hệ
thống giữ nó ở tín hiệu đầu ra với biên độ và pha giống như ở

FK 2 (T )

FK1 (T )


T0

T1 T 2

T

Hình 6. Giản đồ hướng tổng hợp ở mạng anten thích nghi tuyến
tính với 2 kênh bù khử

300



Hội+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7

Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)

M (Y1* >K @X 0 >K @

IV. TỐI ƯU HĨA XỬ LÝ KHƠNG GIAN CÁC TÍN HIỆU
TRONG MẠNG ANTEN THÍCH NGHI, PHƯƠNG PHÁP
THỐNG KÊ

RM =

Nhiệm vụ chính của bộ lọc thích nghi ở mạng anten là
điều chỉnh liên tục các hệ số trọng lượng W, đảm bảo tối ưu
hoá tiêu chuẩn xác định của hiệu suất xử lý khơng gian các tín
hiệu. Tiêu chuẩn hiệu suất xác định thuật tốn làm việc của bộ

lọc thích nghi và cần phải chọn từ những yêu cầu với đặc
trưng của mạng anten thích nghi ở chế độ làm việc thiết lập.
Phạm vi các tiêu chuẩn hiệu suất được sử dụng rộng rãi gồm
có:
x Tiêu chuẩn cực tiểu sai số trung bình bình phương độ
lệch tín hiệu đầu ra mạng anten thích nghi với tín hiệu chuẩn
cho trước ở AДP với các kênh như nhau.
x Tiêu chuẩn cực tiểu phương sai nhiễu ở đầu ra với
mạng anten thích nghi kênh chính tách biệt.
Ngồi ra cịn có tiêu chuẩn khá quan trọng vì hiệu suất
các thuật tốn thích nghi là tốc độ hội tụ về quá trình thiết lập
cũng như năng lực tính tốn thực hiên bằng những cơng cụ
tính toán. Thuật toán tốt nhất trong từng trường hợp cụ thể cần
chọn tính đến nhiều yếu tố khác nhau gồm những đặc trưng
của tín hiệu và nhiễu, sự tồn tại những tin tức tiền định, tốc độ
thích nghi cần thiết để thể hiện ở các thiết bị tính tốn....
4.1. Thuật toán tạo các hệ số trọng lượng theo tiêu chuẩn cực
tiểu phương sai sai số
Xem xét hệ thống thích nghi số, ở đó tất cả các phần tử
mạng anten là như nhau, ngồi ra các tham số của tín hiệu
mong đợi là đã biết, được thu thay vì các tham số của tín hiệu
chuẩn (hình 4). Trong hệ thống thực hiện xử lý trọng lượng
phức các tín hiệu số đến từ tất cả các phần tử mạng anten , tạo
được điện áp đầu ra so sánh với tín hiệu chuẩn, hiệu của chúng
là tín hiệu sai lệch:
(11)
H [K] = Xo [K] – WT* Y[K] = Xo [K] – YT* [K] .W
Ở đây: Y [K] =

T


= M(Y* [K]X0 [K]) – Vector các

modul tương quan tín hiệu thu Y[K] và tín hiệu chuẩn X0 [K]
Nếu những tín hiệu nhiễu N[K] khơng tương quan với tín
hiệu chuẩn X0 [K] tức:
M(N[K]X0 [K]) = 0 thì: RM [K] = M(Xm [K] X0 [K]), đặc
trưng cho sự phân bố biên – pha tín hiệu có ích ở các kênh thu
tương ứng với phân bố biên pha của tín hiệu chuẩn.
Từ (12), phương sai tín hiệu sai lệch là hàm bình phương
2

W, ma trận RM [K] xác định là dương, nên hàm б H [K] có cực
2

tiểu duy nhất, còn vector Wopt tương ứng б HMin [K] tìm từ

nghiệm phương trình:

dV H2 >K @
dW T

’¦ WV H2 >K @ 0

Kết quả vi phân nhận được:

’¦ WV H2 >K @ = - 2RM [K] + 2RM

[K] Wopt = 0
Từ đó:

1

(13)
Wopt = R M [K]RM [K]
Phương trình (13) gọi là phương trình “ Vinhera – xovpha”.
Vì vậy nghiệm nhận được là nghiệm có tên Vinhexovsco”.
Để giải phương trình (13) những ước lượng cần thiết của ma
š
T

1

trận tương quan nghịch đảo R M [K] và vector rM [K] được
tính trong q trình thích nghi theo mẫu các tín hiệu ở đầu ra
các phần tử mạng anten hay hồi quy, bằng cách tính chính xác
hố liên tiếp các ước lượng.
Sau khi tính các ước lượng Wopt , có thể viết biểu thức cho
giá trị cực tiểu của phương sai sai số lệch tín hiệu đầu ra mạng

Y1 [K] Y2 [K]...Ym [K] T – Vector hình

W1 W2 ....Wm...WM - 1 WM

........................

M (YM* >K @X 0 >K @

bao phức của các tín hiệu Mạng anten ở thời điểm Kt.
W=


M (Y2* >K @X 0 >K @

1

2

1

anten với tín hiệu chuẩn - б HMin [K]. Tính đến R M =(R M )T ,

– Vector

đúng với Hecmit, nên với ma trận tương quan, biểu thức cuối
cùng cho phương sai sai số tối thiểu có dạng:

các tham số trọng lượng.
T* - Dấu hiệu chuyển vị và liên hiệp phức.
Ym [K] = Xm [K] + Nm [K] m=1,2,....M
Xm [K] - Mẫu hình bao phức của tín hiệu có ích
Nm [K] - Mẫu hình bao phức của nhiễu.
Tín hiệu sai lệch H [K] đến đầu vào của bộ lọc thích nghi, ở
đây thực hiện nhiệm vụ tính tốn kỳ vọng của bình phương sai
số (phương sai của tín hiệu sai số).
Sau những biến đổi không phức tạp nhận được:
M( H 2 [K]) = бs2 [K] = M(Xo2[K])-2WTiRM [K] +
Ti
(12)
W RM [K] W
Ở đây: RM [K] = M(Y* [K] YT [K]) – Ma trận tương quan diện
áp ở các kênh mạng anten thích nghi (hệ số ½ bỏ qua vì

khơng đáng kể)
Thêm vào đó là: RM [K]= RMX [K] + RMN [K]
Ở đây: RMX [K] - Ma trận tương quan các tín hiệu có ích, RMN
[K] – Ma trận tương quan nhiễu

2
б HMin [K]

=

2
M(X o

š
T
M

>K @ ) - r

[K]

š
1
M

š
*
M

R [K] r [K]


(14)

Qua nhiều lần khảo sát nghiên cứu, tổng hợp ở tài liệu [1,
2, 3] chỉ ra rằng khi tối ưu các vecto W theo các tiêu chuẩn
khác cần phải tính thống kê, như trong trường hợp đã xem xét
- tức nghiệm tối ưu dần đến nghiệm của phương trình “
Vinhera – xovpha”.
4.2. Thuật toán tạo các hệ số trọng lượng theo tiêu chuẩn cực
tiểu phương sai nhiễu ở đầu ra mạng anten
Bài toán tối ưu hoá mạng anten trong trường hợp này là
xác định thuật toán tối ưu để tính các vector trọng lượng W
các tín hiệu bù khử. Thay vì hiệu suất có thể chọn tiêu chuẩn
kênh cực tiểu phương sai (công suất) nhiễu ở đầu ra mạng
anten trong điều kiện tín hiệu có ích khơng có.
Viết biên độ phức tín hiệu ở đầu ra mạng anten dưới dạng
U6

301


>K @ = U o >K @ - W

T

*

YM

>K @


(15)


+ӝL7KҧR4XӕF*LDYӅĈLӋQ7ӱ7UX\ӅQ7K{QJYj&{QJ1JKӋ7K{QJ7LQ(&,7


Hội Thảo Quốc Gia 2015 về Điện Tử, Truyền Thông và Công Nghệ Thông Tin (ECIT 2015)

>K @ - Biên độ phức tín hiệu kênh chính
*
Y M >K @ - Véctơ cột M chiều biên độ phức các tín

Trong sơ đồ tính đến hỗ dẫn tương quan mạnh, để tính
RM K , thay vì Uo K sử dụng tín hiệu đầu ra mạng anten

Ở đây: U o

> @
U 6 >K @ .

hiệu các kênh bù khử
Bình phương điện áp ra mạng anten viết dưới dạng:
U
*

2
6

> @


>K @
T

= U

> @

2
0

>K @

- 2WTY

*
M

>K @

U

V. KẾT LUẬN

o >K @

1. Hoàn thiện các phương pháp và các thuật tốn xử lí số tín
hiệu và dữ liệu. Kết hợp hài hoà và sử dụng trong các thuật
toán các dạng song song hoá để giảm thời gian thực hiện cơng
việc.

2. Hồn thiện cơ sở dữ liệu và kiến trúc cơng cụ tính tốn số
dạng chun dụng để xử lý tín tức số Ra đa.
3. Phân bố tối ưu các bài tốn xử lý giữa cơng cụ tính tốn
và điều khiển chương trình và điều khiển thiết bị.
4. Thiết kế và ứng dụng phương pháp hệ thống một cách
thống nhất để thiết kế chi tiết các phần tử của hệ tính tốn tin
tức liên kết Ra đa có mạng anten với máy tính, từ đặc điểm
của những thuật toán riêng và thuật toán tổng thể xử lý tin tức
và điều khiển tính đến ảnh hưởng của mơi trường ngoài.
5. Trong mạng anten mà ta xem xét khi có tác động của
nhiễu tạp tích cực theo cánh sóng phụ, ở hướng tác động cuả
chúng tạo được các vùng lõm rất sâu ở giản đồ hướng mạng
anten , cánh sóng chính của giản đồ hướng bị méo khơng đáng
kể;
TÀI LIỆU THAM KHẢO

+WTY M K Y M K W*
Giá trị trung bình của nó (phương sai nhiễu ở đầu ra mạng
anten)

V 62 >K @ = M(U 02 >K @ ) -2W Tr >K @ + WTRM >K @ W*

> @

*
M(Y M

> @

Ở đây: RM K =

K
nhiễu trong các kênh bù khử.

M

T
YM

(16)

>K @ ) – Ma trận tương quan

M (Y1* >K @U 0 >K @)

rM

>K @

=

M (Y2* >K @U o >K @)

.........................

M (YM* >K @U o >K @)

> @

rM K - Véctơ hố tương quan các tín hiệu đầu ra kêmh chính
và các kênh bù khử

Giá trị tói ưu của véctơ các hệ số trọng lượng, như trước đây
được tính từ điều kiện:

dV 62
dW T*

[1] Маркович И.И., Семеняк П.Л., Цифровая пространственно-временная
обработка сигналов в многоканальной гидроакустической системе
// Информационно-измерительные и управляющие системы. Т. 6. –
2008. – №3. – С. 72-75.
[2] Ковалев Э.П., Маркович И.И.Реализация алгоритмов цифровой
пространственно-временной обработки гидроакустических сигналов
в многолучевых эхолотах Труды IX Всероссийской конференции
«Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (ГА-2008).
– СПб.: Наука, 2008.– С. 183-187.
[3] Маркович И.И., Жирнов В.С. Интеллектуальная система
цифрового формирования и обработки сигналов в многолучевом
эхолоте. Материалы IX Международной
научно-технической
конференции «Искусственный
интеллект.
Интеллектуальные
системы». Донецк: ИПИИ, Наука i освiта. Т. 2.– 2008. – С. 54-58.
[4]. Слюсар В. Цифровые антенные решетки будущее радиолокации / В.
Слюсар ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. – 3/2011. – С.
42-46.
[5]. Скачков В.В. Адаптивный алгоритм компенсации гауссовой
шумовой помехи с произвольным пространственным спектром
мощности / В.В. Скачков, Ю.М. Поповнин // Научно-технический
сборник. – 2012. – №3. ч.1. – С. 64-70.

[6].Харланов А.В. Поляризационные характеристики радиоволны и их
использование в адаптивной фильтрации сигналов / А.В. Харланов //
Збірник наукових праць Севастопольського ВМІ ім. П.С. Нахімова. –
Севастополь, 2011. – Вип. 1(12). – С. 41-51.

2rM >K @  2 RM >K @ ¦OPT 0

Từ đó nhận được:

1

WOPT = R M rM = 0

> @

(17)

Biểu thức (17) tương tự (13) ở mục trước. Trong từng biểu
thức để tính véctơ tối ưu của yêu cầu cần phải ước lượng ma
trận tương quan đảo và vectơ tương quan số các tín hiệu kênh
chuẩn và các kênh tham gia bù khử nhiễu.
Sơ đồ cấu trúc của bộ xử lý thích nghi số mạng anten thích
nghi cục bộ mơ tả ở hình 7.

Hình 7. Cấu trúc bộ xử lý thích nghi số

302