4.2. Структура ЦИФАР и ее основные алгоритмы обработки сигналов

На рис. 4.1 представлена обобщенная базовая структура ЦИФАР, у которой вся решетка излучателей разбита на модулей, содержащих по элементов, так что общее их число составляет Такое модульное разбиение упрощает конструктивное и алгоритмическое построение ЦИФАР, особенно при большом числе излучателей в решетке (порядка - 1 000 и более), однако модульная структура ЦИФАР является достаточно общей, так как при большом числе излучателей цифровая обработка сигналов осуществляется всей совокупностью цифровых модулей, а при малом числе излучателей она сводится к одному модулю, цифровая обработка в котором производится в спецвычислителе ЦИФАР.

Рис. 4.1. (см. скан) Структу рная схема обработки сигналов в крупноапертурной крупномодульной широкополосной РЛС

На рис. 4.2 представлена структурная схема передающей части ЦИФАР и приемопередающего СВЧ-элемента антенно-цифрового модуля с АЦП и ЦАП. Зона радиообслуживания ЦИФАР определяется ДН

одиночного излучателя либо формируется модуля. Передающие и приемные усилители для типовых радиодиапазонов перспективных радиоинформацнонных систем, выполненные на базе передовой СВЧ - микроэлектронной твердотельной технологии, в целом имеют достаточно компактные размеры, обладая высокими характеристиками излучаемой СВЧ-мощности и чувствительности приемных схем. Передающие и приемные режимы работы ЦИФАР могут быть либо совмещены в общем приемопередающем элементе (рис. 4.2), и их работа может разделяться только по времени, либо будет осуществляться разделение приемной и передающей решеток, и режимы их работы будут происходить на разных частотах приема и передачи сигналов.

Рис. 4.2. Схема передающей части ЦИФАР

Рассмотрим структуру обобщенного алгоритма обработки сигналов для модульной ЦИФАР. Следует отметить, что вследствие обратимости операций АЦП и ЦАП алгоритмы для приемной и передающих обратимы Сигналы с излучателей модуля (см рис. 4.1) после цифрового преобразования подвергаются адаптивной пространственной обработке по парам квадратурных составляющих в модуле путем матричного умножения вида

где вектор входных сигналов модуля;

компонента матрицы оптимальных весовых векторов пространственной обработки в модуле

адаптивно сформированной с учетом весов требуемого помехоподавления и оптимального приема в данных условиях пространственной сигнальной обстановки При этом матрица оптимальных весовых векторов для каждого из лучей формируется в блоке расчета (рис. 4.1) с использованием информации о координатах источников помех - а именно:

где единичная матрица размерности матрица волновых фронтов источников помех размерности

вектор волнового фронта m-ого источника помехи; число источников помех Знак соответствует эрмитовому сопряжению

Такая операция умножения матрицы весовых векторов на матрицу входных сигналов производится в реальном масштабе времени параллельно во всех модулях блоками цифровой обработки сигналов модулей. В результате этой обработки на выходе каждого модуля формируется (см. рис. 4.1) лучей в пространстве (направляющие косинусы вектора волнового фронта на оси координат в плоскости раскрыва ФАР в виде матрицы таких сигнальных матриц поступает на вход спецвычислителя, где происходит, в общем случае (при двухступенчатой пространственной обработке), межмодульная пространственная их обработка с учетом операции межмодульного помехоподавления и формирования сверхузких лучей Такая комплексная межмодульная обработка имеет вид

где число модулей матрица весовых векторов межмодульного подавления помехи.

В результате этой обработки формируется (см. рис. 4.1) узких лучей ЦИФАР, после чего в каждом из этих лучей в спецвьтчислителе производится матричная частотно-временная обработка по сигнальным гипотезам, соответствующим частотному, временному разрешению сигналов и их кодовым значениям. Результирующая матрица сигнальной информации имеет вид

где матрица весовых векторов сигнальных гипотез размерности матрица, содержащая сигнальных векторов размерности каждый, последовательно формируемых при цифровом формировании лучей; число сигнальных гипотез.

Как следует из обобщенного алгоритма цифровой обработки сигналов (4.1) и (4.6), помехоподавление в модульной ЦИФАР производится дважды: при обработке в модуле и при межмодульной обработке. Кроме того, пространственная обработка в модуле производится по всему амплитудно-фазовому пространственному распределению (а не фазовому распределению, как для аналоговой ФАР). Это позволяет, с учетом высокой точности цифровой обработки получить весьма большие уровни результирующего подавления помех - 50-60 дБ, а также обеспечить формирование низкого УБЛ ДН многолучевых антенных систем.

Как видно из обобщенного алгоритма при временном разделении приема и передачи, алгоритмы обработки инвариантны как для задач радиолокации и радионавигации, так и для инфокоммуникационных систем. Это делает ЦИФАР универсальным техническим решением для всех видов радиоинформационных и радиокоммуникационных средств, позволяющим на основе ЦИФАР эффективно решать задачи технологий "двойного применения".