ПОРІВНЯЛЬНЕ ОЦІНЮВАННЯ АДАПТИВНИХ МЕТОДІВ ПРОСТОРОВО-ЧАСТОТНОЇ ОБРОБКИ СИГНАЛІВ В УМОВАХ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ ПРОТИДІЇ

Роман Бибик; Лариса Ракобовчук

doi:10.28925/2663-4023.2026.34.1345

Автор(и)

Роман Бибик Національний Університет «Львівська Політехніка» https://orcid.org/0000-0002-9506-014X
Лариса Ракобовчук Національний Університет «Львівська Політехніка» https://orcid.org/0000-0001-9437-6137

DOI:

https://doi.org/10.28925/2663-4023.2026.34.1345

Ключові слова:

радіоелектронна боротьба, просторово-частотне орієнтування, адаптивна антенна решітка, діаграма спрямованості, MVDR, LCMV, LMS, RLS, просторова фільтрація

Анотація

У статті наведено результати теоретичного дослідження та порівняльного аналізу існуючих методів просторово-частотного орієнтування засобів протидії джерелам радіоелектронної боротьби (РЕБ). Актуальність роботи зумовлена необхідністю систематизації накопиченого науково-технічного доробку в галузі просторової та частотної обробки сигналів в умовах зростання кількості, щільності та складності джерел радіоелектронних завад, що характерно для сучасних сценаріїв бойового застосування засобів РЕБ. Розглянуто основні групи методів: некеровану (фіксовану) просторову обробку (conventional/Bartlett beamforming), статистично оптимальні адаптивні методи (MVDR/Capon, LCMV), градієнтні та рекурсивні адаптивні алгоритми (LMS, RLS), а також методи, орієнтовані на оцінювання напрямку приходу сигналу (DOA-орієнтовані підходи MUSIC та ESPRIT). Для кожного методу досліджено принцип функціонування, теоретичні основи, вимоги до вхідних даних, обчислювальні особливості, чутливість до похибок вихідних даних і рівня шуму. Здійснено класифікацію методів за кількома незалежними ознаками (керованість, критерій оптимальності, обчислювальна схема) та побудовано узагальнені структурні схеми просторово-частотного орієнтування, що ілюструють спільний принцип формування вагових коефіцієнтів приймальної решітки. На основі аналізу наукових публікацій виконано порівняння методів за критеріями точності, роздільної здатності, стійкості до похибок, обчислювальної складності, вимог до обсягу вибіркових даних, адаптивності та придатності до застосування у просторово-частотних системах протидії; результати узагальнено у шести аналітичних таблицях. Встановлено закономірність, згідно з якою підвищення точності й роздільної здатності методів супроводжується зростанням обчислювальної складності та чутливості до похибок вихідних даних. Визначено обмеження існуючих методів та окреслено перспективні напрями подальших досліджень, зокрема щодо робастних модифікацій та гібридних просторово-частотних схем. Робота має виключно теоретичний характер: комп'ютерне або імітаційне моделювання, а також формування нових методів чи алгоритмів у межах статті не проводилися.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Van Veen, B. D., & Buckley, K. M. (1988). Beamforming: A versatile approach to spatial filtering. IEEE ASSP Magazine, 5(2), 4–24. https://doi.org/10.1109/53.665

Capon, J. (1969). High-resolution frequency-wavenumber spectrum analysis. Proceedings of the IEEE, 57(8), 1408–1418. https://doi.org/10.1109/PROC.1969.7278

Widrow, B., Mantey, P. E., Griffiths, L. J., & Goode, B. B. (1967). Adaptive antenna systems. Proceedings of the IEEE, 55(12), 2143–2159. https://doi.org/10.1109/PROC.1967.6092

Frost, O. L. (1972). An algorithm for linearly constrained adaptive array processing. Proceedings of the IEEE, 60(8), 926–935. https://doi.org/10.1109/PROC.1972.8817

Buckley, K. (1987). Spatial/spectral filtering with linearly constrained minimum variance beamformers. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 35(3), 249–266. https://ieeexplore.ieee.org/document/1165142

Krim, H., & Viberg, M. (1996). Two decades of array signal processing research: The parametric approach. IEEE Signal Processing Magazine, 13(4), 67–94. https://doi.org/10.1109/79.526899

Schmidt, R. O. (1986). Multiple emitter location and signal parameter estimation. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 34(3), 276–280. https://doi.org/10.1109/TAP.1986.1143830

Roy, R., & Kailath, T. (1989). ESPRIT — estimation of signal parameters via rotational invariance techniques. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 37(7), 984–995. https://doi.org/10.1109/29.32276

Vorobyov, S. A., Gershman, A. B., & Luo, Z.-Q. (2003). Robust adaptive beamforming using worst-case performance optimization: A solution to the signal mismatch problem. IEEE Transactions on Signal Processing, 51(2), 313–324. https://doi.org/10.1109/TSP.2002.806865

Li, J., Stoica, P., & Wang, Z. (2003). On robust Capon beamforming and diagonal loading. IEEE Transactions on Signal Processing, 51(7), 1702–1715. https://doi.org/10.1109/TSP.2003.812831

Lorenz, R. G., & Boyd, S. P. (2005). Robust minimum variance beamforming. IEEE Transactions on Signal Processing, 53(5), 1684–1696. https://doi.org/10.1109/TSP.2005.845436

Cox, H., Zeskind, R., & Owen, M. (1987). Robust adaptive beamforming. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 35(10), 1365–1376. https://doi.org/10.1109/TASSP.1987.1165054

Reed, I. S., Mallett, J. D., & Brennan, L. E. (1974). Rapid convergence rate in adaptive arrays. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 10(6), 853–863. https://doi.org/10.1109/TAES.1974.307893

Elbir, A. M., Mishra, K. V., Vorobyov, S. A., & Heath, R. W. (2023). Twenty-five years of advances in beamforming: From convex and nonconvex optimization to learning techniques. IEEE Signal Processing Magazine, 40(4), 118–131. https://ieeexplore.ieee.org/document/10144712

Applebaum, S. (1976). Adaptive arrays. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 24(5), 585–598. https://doi.org/10.1109/TAP.1976.1141417

Griffiths, L. J. (1969). A simple adaptive algorithm for real-time processing in antenna arrays. Proceedings of the IEEE, 57(10), 1696–1704. https://ieeexplore.ieee.org/document/1449315

Van Trees, H. L. (2002). Optimum array processing: Part IV of detection, estimation, and modulation theory. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-22110-4

Haykin, S. (2002). Adaptive filter theory (4th ed.). Prentice-Hall. ISBN 978-0-13-048434-5

Monzingo, R. A., & Miller, T. W. (1980). Introduction to adaptive arrays. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-04703-6

Godara, L. C. (1997). Application of antenna arrays to mobile communications, II: Beam-forming and direction-of-arrival considerations. Proceedings of the IEEE, 85(8), 1195–1245.

Ziskind, I., & Wax, M. (1988). Maximum likelihood localization of multiple sources by alternating projection. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 36(10), 1553–1560. https://doi.org/10.1109/29.7543

Stoica, P., & Nehorai, A. (1989). MUSIC, maximum likelihood, and Cramér-Rao bound. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 37(5), 720–741. https://doi.org/10.1109/29.17564

Shahbazpanahi, S., Gershman, A. B., Luo, Z.-Q., & Wong, K. M. (2003). Robust adaptive beamforming for general-rank signal models. IEEE Transactions on Signal Processing, 51(9), 2257–2269. https://doi.org/10.1109/TSP.2003.815395

Howells, P. (1965). Intermediate frequency side-lobe canceller (U.S. Patent No. 3,202,990). U.S. Patent and Trademark Office. https://patents.google.com/patent/US3202990A

Gershman, A. B. (1999). Robust adaptive beamforming in sensor arrays. International Journal of Electronics and Communications, 53(6), 305–314.

Widrow, B., Glover, J. R., McCool, J. M., Kaunitz, J., Williams, C. S., Hearn, R. H., Zeidler, J. R., Dong, E., & Goodlin, R. C. (1975). Adaptive noise cancelling: Principles and applications. Proceedings of the IEEE, 63(12), 1692–1716.

Mestre, X., & Lagunas, M. A. (2008). Modified subspace algorithms for DoA estimation with large arrays. IEEE Transactions on Signal Processing, 56(2), 598–614.

Narytnyk, T. M., Avdieienko, H. L., & Yakornov, Ye. A. (2022). Modeliuvannia metodiv pelenhatsii dzherel radiovyprominiuvannia z vykorystanniam antennykh reshitok [Simulation of direction-finding methods for radio emission sources using antenna arrays]. Infokomunikatsiini ta kompiuterni tekhnolohii, 1(3), 115–152. https://doi.org/10.36994/2788-5518-2022-01-03-08

Kulykivska, N. I., Avdieienko, H. L., & Yakornov, Ye. A. (2022). Rozrobka metodu prostorovoi selektsii syhnaliv na bazi alhorytmiv pelenhatsii dzherel radiovyprominiuvannia [Development of a signal spatial selection method based on radio emission source direction-finding algorithms]. Infokomunikatsiini ta kompiuterni tekhnolohii, 1(3), 184–206. https://doi.org/10.36994/2788-5518-2022-01-03-11

Opirskyi, I. R., & Bybyk, R. T. (2023). Doslidzhennia suchasnykh metodiv REB ta metodiv i zasobiv yii protydii [Study of modern electronic warfare methods and countermeasure methods and means]. Ukrainian Scientific Journal of Information Security, 29(2), 88–97. https://doi.org/10.18372/2225-5036.29.17873