Н. П. Красненко1, И. А. Рыбаков2
1,2 Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН (г. Томск, Россия)

1 krasnenko@imces.ru, 2 vaniarybakov98@gmail.com

Постановка проблемы. В работе решается проблема низкой помехоустойчивости систем акустического зондирования атмосферы (содаров), функционирующих в условиях интенсивных и нестационарных шумов городских, промышленных и аэродромных зон. Существующие прямые методы защиты (звукопоглощающие экраны) и программные подходы не обеспечивают требуемого подавления помех, особенно широкополосных.

Цель. Повысить эффективность пространственной фильтрации путем применения адаптивной акустической антенной решетки на основе субполосного метода минимальной дисперсии при неискаженном отклике.

Результаты. Предложен алгоритм, который в отличие от классического узкополосного метода разбивает широкополосный сигнал на узкие частотные поддиапазоны, что позволяет формировать устойчивые «нули» диаграммы направленности во всей рабочей полосе частот. Проведено моделирование для 8-элементной линейной решетки с использованием реальных записей акустических помех (шум авиационного двигателя, пение птиц). Показано, что адаптивное формирование обеспечивает подавление помех на уровне 20–35 дБ при снижении коэффициента направленного действия главного лепестка не более чем на 1,05 дБ. Установлено, что увеличение уровня помех относительно внутреннего шума повышает точность оценки ковариационной матрицы и эффективность подавления.

Практическая значимость. Предложенный алгоритм может быть реализован в пассивных интервалах между зондирующими импульсами содара без искажения полезного сигнала, что существенно расширяет область применения акустических локаторов в условиях высокого фонового шума.

Красненко Н.П., Рыбаков И.А. Адаптивная антенная решетка для систем акустического зондирования атмосферы // Антенны. 2026. № 4. С. 42–55. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202604-05

1. Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферного пограничного слоя. Томск: Водолей. 2001.
2. Bradley S. Atmospheric acoustic remote sensing: Principles and applications. CRC Press, Taylor & Francis Group. 2007.
3. Crescenti G.H. The degradation of Doppler sodar performance due to noise – acoustic sounder measurements // Atmospheric Environment. 1998. V. 32. № 9. P. 1499–1509.
4. Van Trees H.L. Detection, estimation, and modulation theory. Optimum array processing. John Wiley & Sons. 2004.
5. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь. 1986.
6. Щесняк С.С., Попов М.П. Адаптивные антенны. СПб.: Изд-во ВИККА им. А.Ф. Можайского. 1996.
7. Ратынский М.В. Адаптация и сверхразрешение в антенных решетках. М.: Радио и связь. 2003.
8. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов: Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1989.
9. Журавлев А.К., Хлебников В.А., Родимов А.П. и др. Адаптивные радиотехнические системы с антенными решетками. Л.: Изд-во Ленинградского университета. 1991.
10. Баланис К.А., Иоанидес П.И. Введение в смарт-антенны. М.: Техносфера. 2012.
11. Godara L.C. Smart antennas. CRC Press. 2004.
12. Горбунов Ю.Н., Акопян Г.Л. Пространственно-временная обработка сигналов в радиолокации и радиоэлектронном подавлении: ограничение возможностей // Журнал радиоэлектроники. 2019. № 6. DOI: 10.30898/1684-1719.2019.6.15.
13. Крысов А.В., Райфельд М.А. Алгоритм пространственной фильтрации широкополосных сигналов в РЛС с фазированной антенной решеткой // Автометрия. 2022. Т. 58. № 1. С. 21–32. DOI: 10.15372/AUT20220103.
14. Малышкин Г.С., Сидельников Г.Б. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов (обзор) // Акустический журнал. 2014. Т. 60. № 5. С. 526–540. DOI: 10.7868/S0320791914050098.
15. Клионский Д.М., Голубков А.М., Каплун Д.И., Куприянов М.С. Адаптивный алгоритм обработки гидроакустических сигналов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2016. № 3. С. 14–20.
16. Бибарсов М.Р., Алешин С.Л., Габриэльян Д.Д., Ладыка М.Б. Алгоритм адаптации для антенной решетки систем космической связи в стационарных условиях сигнально-помеховой обстановки // Информация и космос. 2016. № 4. С. 15–21.
17. Чистяков В.А. Алгоритм адаптивной фильтрации помех в цифровых антенных решетках спутниковой связи // Труды МАИ. 2019. № 105. С. 1–15.
18. Ряполов А.В., Фамбулов Н.В. Модель помехозащищенной антенной решетки для аппаратуры спутниковой навигации // Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2018. № 3 (26). С. 20–29.
19. Бабусенко С.И., Кирюшкин В.В., Журавлев А.В., Маркин В.Г. Оценка помехоустойчивости навигационной аппаратуры потребителей ГНСС с пространственной адаптацией // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 7. С. 32–41. DOI: 10.18127/j00338486-202307-04.
20. Аверина Л.И., Лафицкий А.Ю., Чаркин Д.Ю. Аспекты практической реализации пространственно-временной обработки сигналов в адаптивных антенных решетках // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 1. С. 81–92. DOI: 10.18127/j00338486-202201-13.
21. Федосов В.П. Алгоритмы совместной адаптации на прием и передачу в системе связи на основе антенных решеток // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. № 11 (136). С. 59–64.
22. Столбов М.Б. Применение микрофонных решеток для дистанционного сбора речевой информации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 4. С. 661–675. DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-4-661-675.
23. Аверина Л.И., Кузнецов Д.С. Микрофонные решетки с адаптивным формирователем луча // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика. 2021. № 1. С. 5–15.
24. Глухов А.А. Сравнение алгоритмов формирования диаграмм направленности микрофонных решеток в среде MATLAB // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 3. С. 455–460. DOI: 10.17586/ 2226-1494-2020-20-3-455-460.
25. Шифрин Я.С., Ульянов Ю.Н., Максимова Н.Г. Статистика поля акустических решеток аппаратуры дистанционного зондирования атмосферы // Успехи современной радиоэлектроники. 2007. № 11. С. 50–60.
26. Красненко Н.П., Раков Д.С., Сандуков Ц.Д. Излучающие акустические антенные решетки для атмосферных приложений // Методы и устройства передачи и обработки информации. 2009. № 11. С. 164–172.
27. Локощенко М.А. Содары и их использование в метрологии // Мир измерений. 2009. № 6. С. 21–29.