Procedimiento para el cálculo de vectores de dirección mejorados.

Procedimiento para la determinación de las características de sensor de los elementos de una matriz de antenas cuyo N canales de recepción están conectados a un receptor de banda ancha de N canales en caso de incidencia de M señales S1.

..SM mediante el cálculo de vectores de dirección para una señal Sk kΕ {1 ... M} que comprende las siguientes etapas de procedimiento: descomposición de las señales recibidas en B secciones de tiempo o frecuencia predeterminables, asignación de datos medidos almacenados que son adecuados para el cálculo de los vectores de dirección a las señales recibidas descompuestas en las B secciones de tiempo o frecuencia, en el que para cada una de las B secciones de tiempo o frecuencia se forman matrices de covarianza C a partir de una secuencia temporal de T tramas de medición de las N señales de medición respectivas del receptor de banda ancha, asignación de una característica de clasificación a las señales recibidas S1...SM descompuestas en las B secciones de tiempo o frecuencia, caracterizado por que para el cálculo de un vector de dirección mejorado para una señal Sk en una primera etapa es seleccionado un intervalo de frecuencia Fl, en el que la señal Sk es la señal más fuerte, y en el que la asignación de Sk se realiza en base a características de clasificación predeterminables o la correlación de vectores de dirección determinados mediante los datos de medición almacenados, y en una segunda etapa es seleccionado de un intervalo de frecuencia FI asociado a una señal Sk aquella porción de tiempo o frecuencia BSK, que tiene la menor desviación respecto a un caso con una sola onda, en el que vector de dirección para la señal Sk es igualado a una columna de la matriz de covarianza C de la porción de tiempo o frecuencia BSK o alternativamente es igualado al autovector asociado al mayor autovalor de la matriz de covarianza.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08006845.

Solicitante: Airbus Defence and Space GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Willy-Messerschmitt-Strasse 1 85521 Ottobrunn ALEMANIA.

Inventor/es: SCHOPP,MANFRED.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01Q3/26 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01Q ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento por microondas H05B 6/72). › H01Q 3/00 Dispositivos para cambiar o hacer variar la orientación o la forma del diagrama direccional de las ondas radiadas por una antena o por un sistema de antenas. › haciendo variar la fase relativa o la amplitud relativa de la energía de excitación entre dos o más elementos radiantes activos; haciendo variar la distribución de energía a través de una abertura radiante (H01Q 3/22, H01Q 3/24 tienen prioridad).
  • H04B7/08 H […] › H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04B TRANSMISION.H04B 7/00 Sistemas de radiotransmisión, es decir, utilizando un campo de radiación (H04B 10/00, H04B 15/00 tienen prioridad). › en la estación de recepción.

PDF original: ES-2536510_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento para el cálculo de vectores de dirección mejorados.

La invención se refiere a un procedimiento para el cálculo de vectores de dirección mejorados de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

El filtrado sirve para la amplificación de una señal seleccionada de una dirección de incidencia determinada y/o la atenuación del resto de señales de una mezcla de señales de otras direcciones de incidencia.

Un ejemplo de un procedimiento para el filtrado selectivo espacialmente, que para la determinación de los coeficientes de filtro precisa las características de sensor de al menos una de las señales incidentes, es conocido como "copia de señal" [1].

En un filtrado FIR (filtrado de respuesta finita al impulso) selectivo espacialmente, como por ejemplo con copia de señal, las señales de sensor medidas por los N canales de recepción de un receptor son multiplicadas por los coeficiente de filtro complejos (es decir, afectados con determinados desplazamientos de amplitud y fase) , de modo que en la señal sumada con respecto a la señal recibida de un elemento individual se consigue una amplificación en la dirección de una señal útil y una atenuación en la dirección de las señales de interferencia (Fig. 1, Fig. 2) .

La Fig. 1 muestra un filtrado selectivo espacialmente con un filtro FIR: las señales de entrada son combinadas linealmente mediante los coeficientes de filtro. La Fig. 2 muestra un ejemplo de la acción de filtrado de un filtro FIR selectivo espacialmente. Una señal (útil) de 10° de azimut es amplificada, una señal (de interferencia) de 80° de azimut es atenuada. El lóbulo principal del filtro calculado con copia de señal es relativamente ancho, mientras que los mínimos para las direcciones que se atenúan son estrechos y afilados. En el caso sin interferencias (sin ruido) , y con direcciones de incidencia y características de sensor conocidas con exactitud, en cuanto a los mínimos se trata de anulación, es decir, las señales de interferencia son completamente suprimidas.

A continuación se trata brevemente la modelización de la incidencia de ondas conocida por [3], [5].

Si se denota por s (t) el vector de las señales de las M ondas planas incidentes respecto al tiempo t en un punto de referencia de la matriz de los N sensores, donde x (t) es el vector de las tensiones del sensor complejas medidas en el instante t, A la matriz de dirección y n (t) el término de ruido, entonces se tiene:

x (t) = As (t) + n (t) (1)

con A () = [a (I) , ..., a (M) ], Matriz de dimensión N*M de las características de sensor de las M direcciones de incidencia de la señal y a (i) Vector de dimensión N de las características de sensor para la i-ésima dirección de incidencia, en adelante también designado como "vector de dirección".

Además, R = E (x (t) · x* (t) ) la matriz de covarianza de los sensores (* (estrella) : hermítica) )

S = E (s (t) · s* (t) ) la matriz de covarianza de la señal Si se supone por simplicidad que el ruido es independiente del tiempo, no correlacionado con los sensores y con la misma potencia 2 para todos los sensores, entonces:

Q = E (n (t) · n* (t) ) = 2I es la matriz de covarianza de ruido, donde I es la matriz identidad.

Bajo estas hipótesis, se tiene que R

R = ASA* + 2l (2)

posee una estructura lineal y autovalores reales positivos.

De la estructura lineal de (2) se deduce que aquellos N-M autovalores que son ortogonales a las columnas de A, todos son iguales a la potencia de ruido 2. En caso de que solo una onda plana incida con potencia 12, el autovalor correspondiente es Ew (1) = 1.2

El estimador de máxima verosimilitud para el vector s (t) resulta de la ecuación (1) :

H 1H

sML (t) AA Ax (t) (3)

El producto de las 3 matrices se denomina pseudoinversa de la matriz A.

En el caso de una mezcla de M señales, entonces de la fila m-ésima de la pseudoinversa se obtiene el vector con los coeficientes de filtro complejos para la amplificación de la m-ésima señal y la supresión del resto de señales. En caso de procesamiento en paralelo con M receptores de medición pueden ser procesadas así simultáneamente M señales. Un caso especial del procedimiento de copia de señal se tiene cuando únicamente debe ser amplificada una señal seleccionada y no se va a atenuar ninguna otra señal. Se habla también entonces de un "lóbulo direccional".

Para la determinación del filtro de acuerdo con la ecuación (3) solo es necesario el conocimiento de los vectores de dirección para las direcciones de incidencia de las señales.

Según el estado de la técnica para las características del sensor y, por tanto, para los vectores de dirección de las direcciones de incidencia de la señal son tomadas medidas tales como por ejemplo:

características idealizadas según fórmulas (radiador isotrópico, dipolo corto, trama pequeña, etc.)

características calculadas con programas de cálculo adecuados características medidas en el campo de prueba Estos supuestos vectores de dirección difieren de los reales, por ejemplo, como resultado de una influencia de plataforma en los sensores no medida, una variación temporal, posiciones de los sensores no determinadas con exactitud, diferentes longitudes de cable y atenuaciones, valores goniométricos no determinados con exactitud, etc. Esto reduce la amplificación de la señal útil y en consecuencia de los mínimos afilados, en particular la atenuación de las señales de interferencia.

Una mejora gradual del efecto del filtro se puede lograr con un procedimiento adaptativo, (véase, por ejemplo [2]) . En un procedimiento de bucle cerrado, los coeficientes del filtro son adaptados progresivamente con la ayuda de una señal de error alimentada. El error a la salida del filtro es reconducido al algoritmo de ajuste. Sin embargo, los procedimientos de este tipo son complejos y caros. Además, se producen problemas de convergencia [3]. También para la aplicación de procedimientos adaptativos, tales como por ejemplo el conformador de haz MVDR- (respuesta sin distorsión de mínima varianza) [2] se requiere por regla general el conocimiento del vector de dirección de al menos una señal. El conocimiento del resto de vectores de dirección mejora el comportamiento de convergencia y la velocidad de convergencia.

En el documento DE 198 03 188 A1 se describe un procedimiento dentro de un sistema de comunicación por radio. A partir de una matriz de covarianza de la conexión útil y una matriz de covarianza de las interferencias se calcula un filtro selectivo espacialmente, en el que la relación de las potencias de la conexión útil está maximizada respecto a la de las interferencias. Por un conocimiento a priori del número de intervinientes, secuencias de entrenamiento y códigos de interviniente puede ser determinadas respuestas de impulso de canal a partir de las cuales sean formadas las matrices de covarianza.

El objeto de la invención es indicar un procedimiento para a partir de los valores medidos de una instalación radiogoniométrica determinar vectores de dirección más exactos y de este modo conseguir en un filtrado de señal selectivo espacialmente una amplificación de la señal útil y/o la supresión de la señal de ruido mejoradas.

Este objeto se consigue por el procedimiento de acuerdo con las características de la reivindicación 1. Realizaciones ventajosas de la invención son el contenido de las reivindicaciones subordinadas. Se determina k{1... M}, cuyos N canales de recepción están conectados a un receptor de banda ancha de N canales, en caso de incidencia de M señales S1 ... SM. Las señales recibidas se descomponen en B porciones de tiempo o frecuencia predeterminables. A continuación se realiza una asignación de aquellos datos medidos almacenados que son adecuados para el cálculo de los vectores de dirección asociados a las señales recibidas descompuestas en las B porciones de tiempo o frecuencia, de modo que para cada una de las B porciones de tiempo o frecuencia se forman las matrices de covarianza C a partir de una secuencia temporal de T tramas de medición de cada una de las N señales de medición del receptor de banda ancha, así como la asignación de una característica de clasificación a las señales recibidas S1...SM. descompuestas en B secciones de tiempo o frecuencia. Para el cálculo de un vector de dirección mejorado para una señal Sk en una primera etapa es seleccionado un intervalo de frecuencia FI en el que la señal Sk es la señal más fuerte, y en el que la asignación a Sk se realiza en base a características de clasificación predeterminables o la correlación de vectores de dirección... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la determinación de las características de sensor de los elementos de una matriz de antenas cuyo N canales de recepción están conectados a un receptor de banda ancha de N canales en caso de incidencia de M señales S1...SM mediante el cálculo de vectores de dirección para una señal Sk k{1 ... M} que comprende las siguientes etapas de procedimiento: descomposición de las señales recibidas en B secciones de tiempo o frecuencia predeterminables, asignación de datos medidos almacenados que son adecuados para el cálculo de los vectores de dirección a las señales recibidas descompuestas en las B secciones de tiempo o frecuencia, en el que para cada una de las B secciones de tiempo o frecuencia se forman matrices de covarianza C a partir de una secuencia temporal de T tramas de medición de las N señales de medición respectivas del receptor de banda ancha, asignación de una característica de clasificación a las señales recibidas S1...SM descompuestas en las B secciones de tiempo o frecuencia, caracterizado por que para el cálculo de un vector de dirección mejorado para una señal Sk en una primera etapa es seleccionado un intervalo de frecuencia Fl, en el que la señal Sk es la señal más fuerte, y en el que la asignación de Sk se realiza en base a características de clasificación predeterminables o la correlación de vectores de dirección determinados mediante los datos de medición almacenados, y en una segunda etapa es seleccionado de un intervalo de frecuencia FI asociado a una señal Sk aquella porción de tiempo o frecuencia BSK, que tiene la menor desviación respecto a un caso con una sola onda, en el que vector de dirección para la señal Sk es igualado a una columna de la matriz de covarianza C de la porción de tiempo o frecuencia BSK o alternativamente es igualado al autovector asociado al mayor autovalor de la matriz de covarianza.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que los elementos de la matriz de covarianza son calculados de acuerdo con:

*

Cik T ai t ak t con i, k 1...N

t1

ai = valor de salida de i-ésima señal de medición del receptor de banda ancha para una porción de tiempo o frecuencia ak *

= valor de salida complejo conjugado de la k-ésima señal de medición del receptor de banda ancha para una porción de tiempo o frecuencia.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que de las B porciones de tiempo o frecuencia es seleccionada aquella porción de tiempo o frecuencia BSK que proporciona el máximo cociente entre el mayor y el segundo mayor autovalor de la matriz de covarianza C.

4. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que de las B porciones de tiempo o frecuencia es seleccionada aquella porción de tiempo o de frecuencia BSK que proporciona el máximo cociente entre mayor autovalor y la suma de los autovalores positivos de la matriz de covarianza C.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la característica de clasificación es la dirección de incidencia de la señal S1, ..., SM, un nivel de señal o un tipo de modulación.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los vectores de dirección en el funcionamiento de frecuencia fija son formados a partir de valores medidos de diferentes porciones de tiempo y en el funcionamiento con cambio de frecuencia o en el funcionamiento de exploración de frecuencia a partir de valores medidos en diferentes porciones de frecuencia y/o en diferentes porciones de tiempo.

 

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