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.
The paper regards the field-programmable gate array (FPGA) implementation of a beamforming algorithm in adaptive antenna arrays. The relevance of the research is due to the need to improve the noise robustness of signal reception in radio engineering systems. The gradient algorithm was chosen as a beamforming algorithm by the criterion of the normalized least mean square error criterion (NLMS), which has the lowest computational complexity, and its use of a variable adaptation step helps to ensure the convergence of the algorithm in terms of a priori unknown power of the input signal. This paper gives a mathematical description of the adaptive signal processing procedures and formulas for calculating the optimal weight vector that provide the best approximation of the input signal to the reference signal. Approximate methods that provide a practical realization of the optimal signal processing based on iterative algorithms in the form of the normalized minimum mean square error algorithm are considered. Examples of the antenna array directional diagram synthesis facilitating adaptive signal processing, implemented on FPGA, under different signal-interference conditions are presented. An acceptable agreement between theoretical and experimental data was obtained for all implementation cases.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.