Пространственная фильтрация и управление положением нуля

Каждая из многоэлементных антенных решеток имеет боковые лепестки и провалы в диаграмме направленности, которые могут использоваться для подавления сигналов от локализованных источников РЧ-помех. Как правило, адаптивная система, использующая алгоритм формирования луча, требует высокого уровня отношения INR и ограничена небольшим количеством объектов воздействия РЧ-помех, отслеживаемых в процессе наблюдения. Необходимо также, чтобы источники РЧ-помех в процессе наблюдения оставались стабильными и предсказуемыми. Пространственная фильтрация в режиме формирования луча при ограниченном количестве источников РЧ-помех в большинстве случаев не приводит к ухудшению изображения, формируемого главным лучом.

Для определения направления прихода сигналов и для реализации алгоритмов формирования луча применяются технологии "умных" антенн, использующие многочисленные датчики в системах связи и радиолокации. Аналогичным образом телескопы нового поколения с множеством датчиков, в зоне прямой видимости которых находятся идентифицированные источники РЧ-помех (например, низкочастотная антенная решетка (LOFAR) и радиотелескоп Murchison Widefield Array [D2] (MWA)), позволяют оптимизировать процесс формирования луча путем включения адаптивного подавления помех в реальном времени и пространственной фильтрации сигналов, излучаемых отдельными источниками РЧ-помех. При практической реализации для формирования двух отдельных лучей использовались сто антенн LOFAR, при этом постоянный нулевой провал диаграммы находился в одном положении – под углом 15° над горизонтом. Тщательно откалиброванные, оборудованные множеством датчиков фазовые антенные решетки позволяют управлять положением нуля в диаграмме направленности антенны и отслеживать спутник, поддерживая на целевом поле луч с высоким усилением, несмотря на то что сложность обработки существенно возрастает, если речь идет о многоспутниковой системе.

Для прореженных решеток с относительно длинными базовыми линиями в первую очередь может производиться корреляция, а затем – синтез лучей. Если предположить, что источники РЧ-помех локализованы, то их подавление достигается путем обработки кратковременных интервалов потока данных и применения комплексного взвешивания в процессе обработки изображений. Компьютерное моделирование посткорреляционной пространственной фильтрации показывает, что очистка при помощи луча, скорректированного по РЧ-помехе, может оказаться эффективным методом.

Системы с решетками в фокальной плоскости (FPA) и многолучевые приемники предоставляют новые возможности для применения пространственной фильтрации, поскольку каждый из компонентных облучателей, наряду с общим сигналом РЧ-помехи, имеет независимый небесный сигнал. Кроме того, в многолучевой системе один из облучателей всегда может использоваться в качестве эталонной антенны.

В процессе корреляции

В процессе корреляции оцифрованные данные, как правило, интегрируются по интервалам времени в диапазоне от длины интервала выборки до нескольких секунд, благодаря чему отношение помеха/шум (INR) значительно возрастает. В результате постоянный, но слабый сигнал РЧ-помехи, который не может быть обработан в реальном времени, и слабые (спектральные) сигналы, оставшиеся после предыдущих процедур ослабления, становятся доступными для обработки. С другой стороны, при помощи этой интеграции могут быть снижены высокие пиковые значения переменного сигнала РЧ‑помех. Что касается оборудования антенной решетки, то пространственная фильтрация, являющаяся результатом слежения за задержкой (интерференционной полосой) небесного источника, снижает также интенсивность наземной РЧ-помехи в данных с перекрестной корреляцией.

На этом этапе процесса сбора данных могут быть задействованы протоколы несовпадения в целях идентификации компонентов РЧ-помех, а также цифровая обработка ослабления помех и использование данных эталонной антенны. Программные корреляторы нового поколения позволяют выполнять интеграцию приложений (маркировку на основе куртозиса) до и после FX‑корреляции (преобразование Фурье перед умножением) и протоколов стека. В системе LOFAR применяется ослабление помех на разных стадиях процесса обработки. Для однозеркального оборудования корреляционная обработка (нескольких) отдельных полос может включать как определение порога или статистические методы, так и шумоподавление при помощи эталонной антенны.

Применение цифровой обработки и входных сигналов, полученных от эталонных антенн в процессе программной корреляции, эквивалентно описываемой выше обработке путем предварительной корреляции полосы модулирующих частот. С другой стороны, реализация данных методов в стандартных (существующих) аппаратных выходных буферах требует дополнительной установки специального аппаратного и программного обеспечения.