Реализация алгоритма адаптивного диаграммообразования на ПЛИС

Статья посвящена реализации на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) алгоритма диаграммообразования в адаптивных антенных решетках. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения помехоустойчивости приема сигналов в радиотехнических системах. В качестве алгоритма диаграммообразования был выбран градиентный алгоритм по критерию нормализованной наименьшей среднеквадратической ошибки (английский – normalized least mean squares – NLMS), который обладает наименьшей вычислительной сложностью, а использование в нем переменного шага адаптации позволяет обеспечить сходимость алгоритма в условиях априорной неизвестности мощности входного сигнала. В работе приведено математическое описание процедур адаптивной обработки сигналов, а также приведены формулы вычисления оптимальных векторов весовых коэффициентов, обеспечивающих наилучшее приближение входного воздействия к образцовому сигналу. Рассмотрены приближенные методы, обеспечивающие практическую реализацию оптимальной обработки сигналов, на основе итерационных алгоритмов в виде нормированного алгоритма минимума среднеквадратической ошибки. Приведены примеры синтеза диаграммы направленности антенной решетки, обеспечивающей адаптивную обработку сигналов, реализованную на программируемой логической интегральной схеме, при различной сигнально-помеховой обстановке. Для всех случаев реализации было получено приемлемое совпадение теоретических и экспериментальных данных.

1. Clarkson P.M. Optimal and adaptive signal processing. Routledge; 2017.

2. Jenkins W.K., Hull A.W., Strait J.C., Schnaufer B.A., Li X. Advanced concepts in adaptive signal processing. Springer Science & Business Media. 2012; 365 p.

3. Журавлев А.К. и др. Адаптивные радиотехнические системы с антенными решетками. Л.: Изд-во ЛГУ;1991. 544 с.

4. Григорьев В.А., Щесняк С.С., Гулюшин В.Л., Распаев Ю.А., Лагутенко О.И., Щесняк А.С. Адаптивные антенные решетки. Учебное пособие. СПб; 2018. 118с.

5. Глушанков Е.И., Колесников А.Н. Оценка потенциальной эффективности пространственно-временной обработки сигналов в линиях подвижной радиосвязи с ППРЧ. Изв вузов. Радиоэлектроника. 1990;33(12):66–70.

6. Глушанков Е.И., Колесников А.Н., Ушаков В.В. Пространственно-временная обработка сигналов с ППРЧ в линиях спутниковой связи с подвижными. Пространственно-временная обработка сигналов в системах радиосвязи, Приложение к журналу «Радиотехника». 1992:59–65.

7. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. Пер. с англ. М. Радио и связь; 1989. 440 с.

8. Уидроу Б., Мантей П.Е., Гриффитс Л.Д., Гуд Б.Б. Адаптивные антенные системы. Труды Института инженеров по электронике и радиотехнике; 1967;55(12):78–95.

9. Бойко И.А., Глушанков Е.И., Рылов Е.А. Моделирование градиентного алгоритма адаптации антенной решётки в среде MATLAB. Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2022;1:55–61.

10. Boyko I.A. et al. Algorithms for Multiple Signals Adaptive Processing in Radio Engineering Systems Antenna Arrays. Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications, (SYNCHROINFO). 2021:1–6.

11. Xilinx, “HTG-ZRF8 User Manual”, DS926 datasheet. Aug. 2018. Доступно по: https://www.rfsoc-pynq.io/pdf/HTG-ZRF8_UG.pdf

12. Xilinx, “Zync UltraSale + RFSoC Data Sheet: DC and AC Switching Characteristics,” DS926 datasheet. Apr. 2021. Доступно по: https://docs.xilinx.com/r/en-US/ds926-zynq-ultrascale-plus-rfsoc.