Tổng hợp cấu trúc thời gian tín hiệu nhiễu ra đa MIMO theo đặc tính giản đồ hướng biết trước của anten mạng pha

Phương pháp tổng hợp các tín hiệu MIMO (Multiple Input Multiple Output) ra đa theo giản đồ hướng cho trước trên cơ sở giải hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp QR-phân tích. Đồng thời phân tích so sánh đánh giá với các phương pháp khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp cấu trúc thời gian tín hiệu nhiễu ra đa MIMO theo đặc tính giản đồ hướng biết trước của anten mạng pha Nghiên cứu khoa học công nghệ TỔNG HỢP CẤU TRÚC THỜI GIAN TÍN HIỆU NHIỄU RA ĐA MIMO THEO ĐẶC TÍNH GIẢN ĐỒ HƯỚNG BIẾT TRƯỚC CỦA ANTEN MẠNG PHA Võ Văn Phúc*, Lê Ngọc Uyên, Lê Nguyễn Hải, Cao Văn Vũ Tóm tắt: Phương pháp tổng hợp các tín hiệu MIMO (Multiple Input Multiple Output) ra đa theo giản đồ hướng cho trước trên cơ sở giải hệ phương trình tuyến tính bằng phương pháp QR-phân tích. Đồng thời phân tích so sánh đánh giá với các phương pháp khác. Từ khóa: MIMO (nhiều đầu vào – nhiều đầu ra), Hệ thống ra đa, Tín hiệu trực giao, Tổng hợp giản đồ hướng. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, trên thế giới thường sử dụng ra đa với mạng anten thích nghi nhiều chấn tử được điều khiển bởi pha (AR). Ưu điểm của ra đa với mạng anten dạng này (Anten mạng pha) có độ tin cậy cao, hệ thống đường truyền gọn nhẹ, chế độ làm việc linh hoạt hơn. Nhược điểm - chi phí cao, tỷ lệ thuận với số lượng phần tử thu phát (module). Để giảm số lượng các mô đun anten hoạt động, tương ứng giá thành mạng anten (AR), trong khi vẫn duy trì số lượng các kênh thu, cách tốt nhất chuyển đổi sang MIMO (Multiple Input Multiple Output) ra đa. Trong MIMO ra đa có M các phần tử anten phát khác nhau, phát xạ M tín hiệu trực giao, còn N phần tử thu cho phép nhận đồng thời các tín hiệu này. Một trong những lợi thế của MIMO ra đa sau khi phân tích ưu và nhược điểm với ra đa mạng pha là khả năng thích nghi thay đổi dạng giản đồ hướng hệ thống anten (GĐH). Lợi thế này, làm giảm khả năng tác động nhiễu tích cực trên búp sóng chính, đồng thời điều chỉnh phản xạ ký sinh (nhiễu thụ động) [1,2]. Có hai phương pháp để giải bài toán tổng hợp giản đồ hướng của hệ thống anten: Phương pháp thứ nhất có các chức năng sau: Đối với các tín hiệu trực giao lẫn nhau, ma trận tương quan tiêu chuẩn R (ma trận đơn vị đầy đủ), có độ rộng giản đồ hướng cực đại, bằng giản đồ hướng của một phần tử phát xạ. Đối với các tín hiệu kết hợp (như đối với mạng pha thông thường), ma trận R bao gồm một ma trận (bậc một), có giản đồ hướng hẹp tương ứng. Trong trường hợp trung gian, bằng cách lựa chọn ma trận tương quan R thích hợp (cho phép tương quan chéo một phần của tín hiệu nhiễu), có thể tổng hợp giản đồ hướng mạng anten phát theo yêu cầu [3,4,5]. Phương pháp thứ hai: Trong phương pháp này chỉ sử dụng các tín hiệu trực giao lẫn nhau. Khi phát xạ M tín hiệu trực giao bởi M phần tử anten. M tín hiệu phản xạ được nhận bởi mỗi M phần tử. Tín hiệu được đưa đến các khối tạo giản đồ hướng, ở đây thiết lập giản đồ hướng ảo bằng cách nhân với hệ số phức M2. Phương pháp thứ nhất có nhiều chức năng hơn, vì nó cho phép khả năng điều khiển theo số lượng búp sóng, theo hướng và theo độ rộng giản đồ hướng của hệ thống anten. Có điều khi tương quan giữa các tín hiệu trực giao, đó là điều bất lợi. Phương pháp thứ hai ít chức năng hơn, vì nó chỉ cho phép khả năng điều khiển theo hướng và theo số lượng búp sóng của giản đồ hướng anten, nhưng không làm ảnh hưởng đến tín hiệu trực giao. Trong bài báo này, ta sẽ xem xét phương pháp thứ nhất về vấn đề thay đổi thích nghi dạng giản đồ hướng của hệ thống anten. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 35  Ra đa 2. TỔNG HỢP THUẬT TOÁN Xét hệ thống anen phát gồm M phần tử tuyến tính cách đều. Mỗi phần tử thứ m phát xạ tín hiệu nhiễu thứ m (đối với độ rộng giản đồ hướng cực đại). Khi đó tín hiệu có dạng: ∫ ( ). ∗( ) ( )= 1 ℎ = ,; 0 ℎ ≠ Trong đó: Sm(t) và Sn(t) – cấu trúc thời gian của tín hiệu thứ m và n. Hình 1 cấu trúc thời gian liên tiếp của tín hiệu phát xạ nhiễu (TPXN) Hình 1. Chọn các thành phần ô vuông liên tiếp của TPXN. Tổng tín hiệu phát xạ dải hẹp với mục tiêu được biểu diễn như sau [5]: ( , )= ( ) l (1) Ở đây: bm và Sm(t) – Giá trị hiệu dụng của biên độ và hình bao phức tiêu chuẩn của tín hiệu từ phần tử thứ m của anten phát, λ – độ dài bước sóng, xm – tọa độ phần tử thứ m của anten phát (gốc tọa độ có thể chọn bất kỳ), θ - Tọa độ góc của mục tiêu. Khi đó công suất trung bình tiêu chuẩn của tín hiệu đối với mục tiêu: ∗( ( ) = ∑ ∑ ∫ ( ). ) ( ). l , (2) Ở đây: có nghĩa là phương trình thống kê theo thời gian. Ký hiệu véc tơ biểu diễn hướng xác định tín hiệu phát xạ của anten phát : =[ l … l ] và ∫ ( ). ∗( ) ( )= - phần tử ma trận tương quan xác định R của tín hiệu phát xạ. Khi đó (1) có thể đưa về dạng: ∗ = . (3) Công thức (3) đưa ra biểu thức chung đối với giản đồ hướng theo công suất của anten phát. Từ (3) dễ thấy rằng, để tổng hợp giản đồ hướng theo dạng yêu cầu, khi vị trí các phần tử mạng anten được xác định trước (giá trị véc tơ a), cần phải tìm ma trận tương quan tiêu chuẩn của các tín hiệu phát xạ R. Trong tài liệu [6] vấn đề này được đưa ra như sau: , − ( )∗ ( ) − ...