Методология использования цифровых КИХ-фильтров с линейной фазочастотной характеристикой в трактах навигационных приемников с адаптивными антенными решетками : научное издание
Библиографическое описание:Методология использования цифровых КИХ-фильтров с линейной фазочастотной характеристикой в трактах навигационных приемников с адаптивными антенными решетками : научное издание / И. В. Тяпкин. - Текст : непосредственный // Успехи современной радиоэлектроники. - 2026. - Т.80, №7. - С. 78-90. - Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-19-20070, https://rscf.ru/project/25-1920070/, гранта Красноярского краевого фонда науки. - ISSN 2070-0784, DOI 10.18127/j20700784-202607-08.
Аннотация:Постановка проблемы. Классические алгоритмы пространственно-временной адаптивной обработки (STAP) в навигационных приемниках ГНСС с адаптивными антенными решетками (ААР) эффективно подавляют узкополосные и широкополосные помехи, однако вносят нелинейные искажения фазочастотной характеристики (ФЧХ) тракта. Это приводит к дисперсии групповой задержки, деформации корреляционного пика и, как следствие, к методологическим ошибкам псевдодальномерных измерений, что недопустимо для высокоточного позиционирования. Цель. Модифицировать алгоритм STAP с QR-разложением для ААР навигационных приемников путем введения структурных ограничений симметрии весовых коэффициентов, обеспечивающих линейность ФЧХ используемых КИХ-фильтров, и сохранить при этом высокую адаптивность, численную устойчивость и помехоподавляющие свойства. Результаты. Предложена методология построения математической модели пространственно-временной обработки с КИХфильтрами I типа (нечетная длина, симметричная импульсная характеристика), гарантирующими линейность ФЧХ. Обоснована связь минимаксного критерия аппроксимации частотной характеристики с критерием минимума выходной мощности MVDR через проекционные методы. Построен ортонормированный базис подпространства симметричных векторов, позволяющий перейти к редуцированному пространству меньшей размерности. Разработана рекуррентная реализация алгоритма на основе QR-разложения с вращениями Гивенса и параметром забывания, обеспечивающая обновление весов в реальном времени. Практическая значимость. Предложенная методология позволяет реализовать помехозащищенные навигационные приемники с ААР, в которых постоянство групповой задержки КИХ-фильтров исключает смещения псевдодальномерных измерений, вызванные нелинейностью ФЧХ. Вычислительная эффективность (работа в редуцированном пространстве) и численная устойчивость (рекуррентное QR-разложение) делают алгоритм пригодным для реализации на программируемых логических интегральных схемах в системах высокоточного позиционирования, функционирующих в сложной помеховой обстановке.
Problem statement. Classical space-time adaptive processing (STAP) algorithms in GNSS navigation receivers with adaptive antenna arrays (AAA) effectively suppress narrowband and wideband interference. However, they introduce nonlinear distortions of the phase-frequency characteristic (PFC) of the path. This leads to group delay dispersion, correlation peak deformation, and, as a consequence, to methodological errors in pseudorange measurements, which is unacceptable for high-precision positioning. Objective. To modify the STAP algorithm with QR decomposition for adaptive antenna arrays of navigation receivers by introducing structural constraints on the symmetry of weight coefficients, ensuring linearity of the PFC of the used FIR filters, while maintaining high adaptability, numerical stability, and interference suppression properties. Results. A mathematical model of space-time processing with Type I FIR filters (odd length, symmetric impulse response) that guarantee linear PFC is proposed. The relationship between the minimax criterion for frequency response approximation and the MVDR minimum output power criterion is substantiated using projection methods. An orthonormal basis of the subspace of symmetric vectors is constructed, allowing a transition to a reduced space of dimension M⌈L/2⌉M⌈L/2⌉ instead of the original dimension MLML. A recurrent implementation of the algorithm based on QR decomposition with Givens rotations and a forgetting factor is developed, ensuring real-time weight updating. Practical significance. The proposed methodology enables the implementation of interference-protected navigation receivers with AAA, in which the constant group delay of FIR filters eliminates pseudorange measurement biases caused by PFC nonlinearity. Computational efficiency (operation in the reduced space) and numerical stability (recurrent QR decomposition) make the algorithm suitable for FPGA implementation in high-precision positioning systems operating in complex interference environments.
