В.Г. Денисенко1, С.Е. Мищенко2

1,2 ФГУП «РНИИРС» (г. Ростов-на-Дону, Россия)

2 mihome@yandex.ru

Постановка проблемы. Методы и алгоритмы обработки сигналов в адаптивных антенных решетках и антенных решетках с угловым сверхразрешением основаны на формировании корреляционной матрицы входных сигналов и последующем ее обращении. Вычисление обратной матрицы в режиме реального времени требует больших вычислительных затрат. Для сокращения числа операций, необходимых при использовании алгоритмов и устройств обращения матриц на основе метода Гаусса, предложены алгоритм и устройство обращения матрицы по методу окаймления, с использованием разложения Холецкого и вычислений, реализуемых с использованием технологии CUDA. Помимо применения параллельных вычислений с использованием графических процессоров, цифровая обработка сигналов в реальном времени возможна с использованием программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). В отличие от технологии программирования видеоадаптеров, реализация алгоритмов обработки с использованием ПЛИС требует глубокой проработки и проверки алгоритма, предшествующей реализации, поскольку внесение изменений потребует перепрограммирования ПЛИС.

Цель. Повышение устойчивости адаптивной обработки сигналов цифровой антенной решетки (ЦАР) с учетом ограничения разрядности мантиссы при вычислении комплексных весовых коэффициентов на ПЛИС. Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи: обосновать алгоритм адаптивной обработки сигналов ЦАР; проверить работоспособность алгоритма при ограничении разрядности входных сигналов.

Результаты. Предложенный алгоритм обработки сигналов в адаптивной ЦАР на основе ПЛИС отличается от известных использованием LDL-метода и ограничением числа разрядов мантиссы.

Проведенные исследования показали высокую устойчивость предлагаемого алгоритма к ошибкам округления. Установлено, что с увеличением ранга корреляционной матрицы влияние ошибок округления будет сказываться сильнее. В связи с этим требуется заранее определять, при каком отношении мощностей источников и внутреннего шума планируется использовать адаптивный процессор.

Практическая значимость. Полученные результаты численных исследований позволяют сделать вывод в пользу применения LDL-метода, как более устойчивого к ошибкам округления при реализации адаптивного процессора ЦАР на базе ПЛИС.

Денисенко В.Г., Мищенко С.Е. Алгоритм обработки сигналов адаптивной цифровой антенной решетки на основе
LDL-разложения // Успехи современной радиоэлектроники. 2024. T. 78. № 7. С. 49–59. DOI: https://doi.org/10.18127/ j20700784-202407-05

1. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь. 1986. 448 с.
2. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решётках. М.: Радио и связь. 2003. 200 с.
3. Воеводин В.В. Численные методы алгебры (теория и алгоритмы). М.: 1966. 248 с.
4. Ward J. Space-Time Adaptive Processing for Airborne Radar // Technical Report 1015, MIT Lincoln Laboratory. Lexington. MA. USA. 1994. 203 р.
5. Нефедов С.И., Крючков И.В., Нониашвили М.И., Лесников Г.А., Соловьев Н.А. Обзор основных методов пространственно-временной адаптивной обработки сигналов (STAP) в радарах с синтезированной апертурой (космического базирования) // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». 2012. С. 251–258.
6. Авторское свидетельство СССР № 1819020. Устройство для обращения матриц / Соболевский П.И., Якуш В.П., Косьянчук В.В, Лиходед Н.А. 1995. Бюл. 16.
7. Патент России № 2562389. Устройство обращения ковариационной матрицы помеховых сигналов / Новиков А.Н., Габриэльян Д.Д., Шацкий В.В., Шацкий Н.В., Новикова Е.Е. 2015. Бюл. 25.
8. Звездина М.Ю., Комова О.В., Шацкий Н.В., Шоков А.В. Алгоритм обращения эрмитовой матрицы // Вестник Донского государственного технического университета. 2015. Т. 15. № 2 (81). С. 78–84.
9. Шацкий Н.В., Мищенко С.Е. Алгоритм углового сверхразрешения с использованием разложения Холецкого и его реализация на основе технологии параллельных вычислений // Моделирование и анализ информационных систем. 2022. Т. 29. № 1. С. 6–19.
10. Парлетт Б. Симметричная проблема собственных значений. Численные методы. М.: Мир. 1983. 384 с.
11. Зелкин Е.Г., Соколов В.Г. Методы синтеза антенн: Фазированные антенные решетки и антенны с непрерывным раскрывом. М.: Сов. радио. 1980. 296 с.
12. Zhang X-W., Zuo L., Li M. High-Throughput FPGA Implementation of Matrix Inversion for Control Systems // IEEE Transactions on industrial electronics. V. 68. No. 7. July 2021.