ES2273821T3

ES2273821T3 - Procedimiento de estimacion de una matriz de correlacion de señales interferentes recibidas por una red de captadores.

Info

Publication number: ES2273821T3
Application number: ES01919523T
Authority: ES
Inventors: Pascal Chevalier; Francois Pipon
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: EP1266302A1; AU2001246607A1; US20030020650A1; ATE341791T1; FR2806499B1; DE60123589D1; DE60123589T2; EP1266302B1; FR2806499A1; CA2403838A1; WO2001071548A1; US6853961B2

Abstract

Procedimiento para estimar la matriz de correlación de señales de características desconocidas recibidas por una red que comprende un número N de captadores, con el fin de tratar las señales recibidas por la citada red, recibiendo dichos captadores, al menos, las señales Sb de características desconocidas y las señales Su de características conocidas, formando el conjunto de las señales Su y de las señales Sb las señales Sx de captadores, ca- racterizado porque comprende, al menos, las etapas si- guientes: a) determinar la matriz ^Rs o Rs, alfa de correlación delas señales Su de características conocidas, b) estimar la matriz de correlación ^Rx de las señales Sx de captadores, c) formar una matriz A tal que A = ^Rs-1/2 ^Rx ^Rs-1/2 d) descomponer la matriz A en elementos propios para obtener sus valores propios lambdai y sus vectores propios ui, siendo lambda1 <_ lambda2 <_ .... <_ lambdaN e) construir una matriz B que tiene los vectores propios vi iguales a los vectores propios ui de la matriz A, y los valores propios gammai iguales a los va- lores propios lambdai dentro de una constante, viniendo determinado el valor de la constante beta a partir de los N-P valores propios pequeños de la matriz A, siendo P el número de señales perturbadoras o de señales interferentes, siendo lambda1 <_ beta <_ lambdaN-P f) determinar la matriz estimada ^Rb de correlación de las señales interferentes Sb a partir de la matriz estimada ^Rs y de la matriz B, tal que ^Rb = ^Rs 1/2 B ^Rs 1/2.

Description

Procedimiento de estimación de una matriz de correlación de señales interferentes recibidas por una red de captadores.

El presente invento se refiere a un procedimiento de estimación de una matriz de correlación de señales de características desconocidas, recibidas por una red que comprende un número N determinado de captadores, recibiendo los captadores señales constituidas, en especial, por señales de características conocidas y por señales de características desconocidas, tales como ruido y/o señales perturbadoras.

El invento encuentra aplicación en diferentes campos, en especial los siguientes:

\bullet: la goniometría de diferentes fuentes que llegan a la red, es decir, la determinación de las direcciones en que llegan,

\bullet: el filtrado espacial a fin de proteger uno o varios enlaces de fuentes interferentes,

\bullet: cualquier otro dispositivo en el que sea deseable estimar la matriz de correlación de señales útiles y la de señales interferentes.

En numerosas aplicaciones, en especial en el campo de las telecomunicaciones, la utilización de métodos de tratamiento de antena se revela particularmente interesante.

Entre las señales que llegan a la red de captadores que constituyen la antena, algunas tienen características conocidas, por ejemplo, las señales útiles en telecomunicaciones, presentando otras características desconocidas, tales como las interferencias. Gran número de estos métodos se basan en la estimación de la matriz de correlación de las señales recibidas por los captadores.

En la descripción que sigue, se utilizan diferentes parámetros y notaciones, en especial los siguientes:

\bullet: N es el número de captadores de una red,

\bullet: x(n) es el vector observación recibido por la red de N captadores después de digitalización, o de señales de captadores,

\bullet: x_{u}(n) es la componente del vector observación correspondiente a las señales denominadas señales útiles, cuyas características tienen un tratamiento conocido,

\bullet: M es el número de señales útiles,

\bullet: x_{b}(n) es la componente del vector observación correspondiente a las señales denominadas señales interferentes (ruido y/o señales perturbadoras), cuyas características no tienen un tratamiento conocido.

\bullet: P es el número de señales interferentes,

\bullet: Rx = E(x(n) x(n)^{\dagger}) es la matriz de correlación teórica de señales de captadores,

\bullet: Rs es la matriz de correlación teórica del vector señal x_{u}(n),

\bullet: Rb es la matriz de correlación teórica del vector señal x_{b}(n),

\bullet: "\dagger" representa la operación de transposición-conjugación.

Suponiendo que las señales útiles no estén correlacionadas con las señales interferentes, la relación (1) que enlaza las diferentes matrices de correlación teóricas definidas en lo que antecede, puede expresarse de la forma siguiente:

Rx = E(x(n)x(n)^{\dagger}) = E((x_{u}(n)+x_{b}(n))(x_{u}(n)+x_{b}(n))^{\dagger})

Rx = E(x_{u}(n)x_{u}(n)^{\dagger})+E(x_{b}(n)x_{b}(n)^{\dagger})+2Re\{E(x_{u}(n)x_{b}(n)^{\dagger})\}

(1)Rx = Rs+Rb

Partiendo del conocimiento de la matriz Rs de correlación de las señales útiles y de la matriz Rx, la matriz Rb puede obtenerse de manera simple a partir de la relación (1):

(1')Rb = Rx - Rs

Aplicada a las estimaciones de estas matrices de correlación, la relación (1') no ofrece buenos resultados, como se demuestra, por ejemplo, en el libro "Introducción a las agrupaciones adaptables", cuyos autores son R.A. Monzingo y W. Miller, publicado por ediciones John Wiley and Sons, New York, EE.UU., en 1980. En efecto, la estimación de la matriz de correlación Rx comprende igualmente términos relativos a la correlación entre las señales útiles y las señales interferentes E(x_{u}(n)x_{b}(n)^{\dagger}) que sólo son nulas asintóticamente.

El objeto del invento está relacionado con un procedimiento que permite estimar especialmente la matriz de correlación de las señales interferentes a partir de la matriz de correlación de las señales recibidas en una red que comprende un número N de captadores y de una estimación de la matriz de correlación de las señales útiles.

El invento se refiere a un procedimiento para estimar la matriz de correlación de señales de características desconocidas en una red que comprende un número N de captadores, recibiendo los citados captadores al menos las señales Sb de características desconocidas y las señales Su de características conocidas, formando el conjunto de las señales Su y Sb las señales Sx de captadores.

Se caracteriza porque comprende, al menos, las etapas siguientes:

a): determinar la matriz \hat{R}s o \hat{R}s,\alpha de correlación de las señales Su de características conocidas,

b): estimar la matriz de correlación \hat{R}x de las señales Sx de captadores,

c): formar una matriz a igual a A = \hat{R}s^{-1/2} \hat{R}x\hat{R}s^{-1/2}

d): descomponer la matriz A en elementos propios para obtener sus valores propios \lambda_{i} y sus vectores propios u_{i} siendo

\lambda_{1} \leq \lambda_{2} \leq .... \leq \lambda_{N}

e): construir una matriz B con los vectores propios v_{i} sensiblemente iguales a los vectores propios u_{i} de la matriz A y los valores propios \gamma_{i} iguales a los valores propios \lambda_{i} dentro de una constante \beta, determinándose el valor de la constante \beta a partir de los N-P valores propios más pequeños de la matriz A, siendo P el número de señales perturbadoras o de señales interferentes, siendo

\lambda_{1} \leq \beta \leq \lambda_{N}

f): determinar la matriz estimada \hat{R}b de correlación de las señales interferentes Sb a partir de la matriz estimada \hat{R}s y de la matriz B, tal que

\hat{R}b = \hat{R}s^{1/2}B \hat{R}s^{1/2}

Para una matriz B de rango N-P, el valor de la constante \beta es, por ejemplo, el valor propio más pequeño de los \lambda_{i}, o bien se le determina a partir de los N-P valores propios más pequeños de los \lambda_{i} tomando el valor medio.

El procedimiento según el invento se aplica, también, al tratamiento de antenas.

El invento se refiere, también, a un dispositivo para estimar la matriz de correlación de señales de características desconocidas en una red que comprende un número N de captadores que reciben, al menos, las señales Sb de características desconocidas y las señales Su de características conocidas, formando el conjunto de señales Su y Sb las señales Sx de captadores. Se caracteriza porque comprende medios destinados a poner en práctica el procedimiento según una de las características descritas en lo que antecede.

El invento ofrece, en particular, las siguientes ventajas:

\bullet: en las aplicaciones de goniometría, permite reducir el número de captadores utilizados, efectuándose la goniometría, únicamente, sobre ciertas señales, y mejorar la precisión de la goniometría de fuentes seleccionadas,

\bullet: en las aplicaciones OLS (anulación de lóbulos secundarios) (en inglés SLC = "side lobe canceller"), puede conseguirse la reducción al mínimo buscada para la potencia únicamente sobre las señales interferentes, protegiendo siempre las señales útiles,

\bullet: en las aplicaciones de FAS (filtro espacial adaptado) (en inglés SMF ="Spatial Matched Filter"), el procedimiento según el invento permite aumentar la velocidad de convergencia de tratamiento y la robustez frente a los errores.

\newpage

Otras características y ventajas del invento se pondrán de manifiesto con ayuda de la descripción que se ofrece a continuación, a titulo ilustrativo y en modo alguno limitativo, en conjunto con los dibujos anejos, en los que:

\bullet la figura 1 esquematiza las diferentes señales que llegan a una red que comprende un número N de captadores,

\bullet la figura 2 representa un algoritmo que comprende las etapas del procedimiento según el invento,

\bullet la figura 3 esquematiza un dispositivo OLS, y

\bullet la figura 4 representa una aplicación del procedimiento según el invento al filtrado espacial adaptado.

El procedimiento según el invento utiliza, en particular, las estimaciones de la matriz de correlación de las señales útiles y de la matriz de correlación de las señales de captadores para deducir la estimación de la matriz de correlación de las señales interferentes.

La figura 1 esquematiza una antena que comprende una red de N captadores Ci. Cada uno de los captadores Ci que reciben todas las señales útiles, ruido, señales perturbadoras, está conectado con un receptor, constituyendo el conjunto de N receptores Di un receptor multi-trayectoria conocido por el experto en la técnica. El receptor multi-trayectoria está conectado, a su vez, con un dispositivo 1 para digitalizar y tratar señales llevando a la práctica las etapas del procedimiento según el invento. Para ello, el dispositivo comprende, por ejemplo, un microprocesador 2 o un calculador destinado a ejecutar dichas etapas.

El procedimiento según el invento se basa en conceptos que se recordarán utilizando las matrices teóricas en lo que sigue, a partir de la relación:

(1)Rx = Rs + Rb

Con Rs se designa la matriz Rs que puede ser conocida o, de manera más general, Rs,\alpha la matriz Rs conocida con coeficiente \alpha, luego Rs,\alpha=\alphaRs

La idea conste en

a): "blanquear" la matriz de observación Rs de la forma siguiente:

1 \; -: si la matriz es inversible, el procedimiento consiste en multiplicar los dos términos, derecho e izquierdo, de la ecuación (1) por (Rs,\alpha)^{-1/2}, obteniéndose la expresión (2) siguiente:

(Rs,\alpha)^{-1/2} Rx(Rs,\alpha)^{-1/2}=(Rs,\alpha)^{-1/2}Rs(Rs,\alpha)^{-1/2}+ (Rs,\alpha)^{-1/2}Rb(Rs,\alpha)^{-1/2}

(2)(Rs,\alpha)^{-1/2}Rx(Rs,\alpha)^{-1/2}=\alpha^{-1}Id+(Rs,\alpha)^{-1/2}Rb(Rs,\alpha)^{-1/2}

: o, también, A=\alpha^{-1}Id+B

: siendo Id la identidad de la matriz.

2 \; -: si la matriz Rs no es inversible, que es el caso particular si el número M de señales útiles es inferior al número N de captadores de red N. La matriz se hace inversible añadiendo un término \delta Id, siendo \delta<\sigma^{2}, donde \sigma^{2} es la potencia del ruido de fondo. La matriz a considerar en las siguientes etapas del procedimiento corresponde, entonces, a

: Rs,\alpha = \alphaRs + \delta Id.

: La matriz de correlación Rb calculada en lo que sigue comprenderá la contribución integral de las señales interferentes y una contribución reducida del ruido de fondo (de potencia \sigma^{2} - \delta), lo que viene a aumentar artificialmente la INR (relación entre interferencia y ruido) de las señales interferentes en la matriz de correlación estimada.

: Así, tal como se ha mencionado en lo que antecede, la expresión (2) puede adoptar la forma A=\alpha^{-1}Id+B

b): descomponer en elementos propios la matriz A "blanqueada" obtenida en la etapa a)

(3)A = Rs^{-1/2}RxRs^{-1/2} = \sum\limits^{N}_{i=l}\lambda_{i}u_{i}u^{\dagger}_{i}

: Donde: \lambda_{i} y u_{i} representan, respectivamente, los valores propios y los vectores propios de la matriz A.

: Al término de la etapa b), los valores propios \lambda_{i} y los vectores propios u_{i} de la matriz A son conocidos, siendo

\lambda_{1} \leq \lambda_{2} \leq.....\leq \lambda_{N}

c): construir una matriz B a partir de los valores propios y de los vectores propios obtenidos en la etapa b). En caso de que el número de señales interferentes sea estrictamente inferior al número N de captadores y en ausencia de ruido de fondo, entonces la matriz

: B=(Rs,\alpha)^{-1/2}Rb(Rs,\alpha)^{-1/2} es de rango N-P (siendo N el número de captadores y P el número de señales interferentes) y, a partir de la ecuación (2), la matriz A posee P valores propios superiores a \alpha^{-1} y N-P valores propios idénticos tales que \lambda_{1} = \lambda_{2} =...= \lambda_{N-P} = \alpha^{-1}.

: En estas condiciones, la matriz B elaborada tiene como elementos propios:

\bullet: vectores propios vi que son sensiblemente idénticos a los vectores propios ui de la matriz A, y

\bullet: valores propios \gammai iguales a los valores propios \lambda_{i}-\lambda_{1}

: La matriz B se expresa, por ejemplo, mediante la relación:

(4)B \sum\limits^{N}_{i=1}(\lambda_{i}-\lambda_{l})u_{i}u^{\dagger}_{i}

: Siendo \gammai = \lambda_{i}-\lambda_{1}

d): conociendo B y la matriz de correlación Rs, es posible obtener la matriz de correlación de las señales interferentes

(5)Rb = Rs^{1/2} \ B \ Rs^{1/2}

Las relaciones (2) a (5) precedentes, escritas a partir de las matrices de correlación teóricas, sirven de base para las etapas del procedimiento según el invento, que utiliza las estimaciones de las matrices.

Las etapas anteriormente expuestas que utilizan las matrices de correlación teóricas, se aplican a las estimaciones de las matrices.

Ello implica el conocimiento de las estimaciones de las matrices de correlación de las señales útiles y de las señales de captadores para determinar la estimación de la matriz de las señales interferentes.

Para ello, la información disponible sobre las señales útiles debe permitir construir una estimación suficientemente buena de la matriz de correlación Rs, dentro de una constante multiplicativa. Esta estimación puede obtenerse de diversas formas, que se describen en lo que sigue.

El número P de señales interferentes es, de preferencia, inferior al número N de captadores que constituyen la antena de recepción. Si no se verificase esta última condición, se obtendría una desviación respecto de la estimación de la matriz Rb.

El procedimiento lleva a la práctica diversas etapas mencionadas en relación con el algoritmo de la figura 2.

A) Determinar la matriz A blanqueada para las etapas siguientes

1ª etapa - 10 - estimar la matriz de correlación \hat{R}s a partir de las informaciones sobre las señales útiles

Por ejemplo, si el tratamiento conoce los vectores directores (que pueden determinarse a partir de las direcciones de llegada) y la potencia de las señales útiles, la matriz de correlación estimada \hat{R}s se escribe:

(6)\hat{R}s = \sum\limits^{M}_{m=1}\pi_{m}s_{m}s_{m}^{\dagger}

siendo \pi_{m} la potencia y s_{m} el vector director.

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Si la matriz de correlación así formada no es inversible, se hace inversible en la forma expuesta en lo que antecede, añadiendo un término \delta Id:

(7)\hat{R}s = \sum\limits^{M}_{m=1}\pi_{m}s_{m}s_{m}^{\dagger}+\delta \ Id

utilizándose en lo que sigue en el procedimiento, según sea el caso, las expresión (6) o la expresión (7).

2ª etapa - 20 - estimación de la matriz de correlación de las señales de captadores recibidas sobre K muestras, a partir del ejemplo del estimador clásico, sin desviación

(8)\hat{R}x = \frac{1}{K}\sum\limits^{K}_{K=1}x(k)x(k)^{\dagger}

La integración de la matriz de correlación \hat{R}x debe efectuarse sobre un número de muestras K suficiente, a fin de poder despreciar los términos de correlación entre las señales útiles y las señales interferentes.

3ª etapa - 30 - cálculo de la matriz A = \hat{R}s^{-1/2} \hat{R}x\hat{R}s^{-1/2} y descomposición de la matriz A en elementos propios

(9)A=\sum\limits^{N}_{i=1}\lambda_{i}u_{i}u_{i}^{\dagger}

siendo R^{-1/2}_{s} la inversa de la raíz cuadrada de R_{s}.

El cálculo y la descomposición se describen, por ejemplo, en el libro que lleva por título "Fórmulas digitales en C", que tiene por autores a W.H.Press, B.R. Flannery, S.A. Teukolsy y W.T. Vetterling, de 1992 (Editorial: Universidad de Cambridge).

Al término de esta tercera etapa, se conocen los vectores propios u_{i} y los valores propios \lambda_{i} de la matriz A.

B) Determinar una matriz B y la estimación de la matriz de señales interferentes

4ª etapa - 40 - formación de la matriz B a partir de los elementos de A determinando sus elementos propios: vectores propios y valores propios

\bullet: los vectores propios v_{i} son sensiblemente iguales a los vectores propios u_{i} obtenidos por descomposición de la matriz A,

\bullet: los valores propios \gamma_{i} son sensiblemente iguales o iguales a los valores propios \lambda_{j} obtenidos por descomposición de la matriz A corregidos en un valor constante \beta que se elige a partir de los N-P valores propios más pequeños de la matriz A o igual al valor propio más pequeño de la matriz A.

La matriz B adopta, entonces, la expresión siguiente:

(10)\sum\limits^{N}_{i=1}(\lambda_{i}-\beta)u_{i}u_{i}^{\dagger}

Ventajosamente, el valor de la constante \beta es el valor propio más pequeño de los \lambda_{i}.

Según otro modo de realización, el valor de la constante \beta se determina promediando los N-P valores propios de la matriz A.

5ª etapa - 50 - determinar la matriz de correlación de los vectores de las señales interferentes

A partir de B y del valor estimado para la matriz \hat{R}s, el procedimiento permite obtener el valor estimado de la matriz de correlación \hat{R}b correspondiente a las señales interferentes.

(11)\hat{R}b = \hat{R}s^{1/2}B \hat{R}s^{1/2}

El conocimiento del valor estimado de la matriz de correlación de las señales interferentes puede utilizarse en los diferentes tratamientos de las señales, de los que ciertos ejemplos se ofrecen en lo que sigue, a título ilustrativo y en absoluto limitativo.

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El procedimiento según el invento se pone en práctica en diferentes tipos de aplicaciones, de las que se ofrecen algunas a título ilustrativo y en absoluto limitativo.

Aplicación en goniometría

Varios modelos de goniometría se basan en la explotación de la matriz de correlación de las señales recibidas en una red de captadores. Algunos de estos métodos, denominados métodos de alta resolución tales como el método MUSIC descrito, por ejemplo, en la referencia (1) o el método ESPRIT descrito, por ejemplo, en la referencia (2). Estos métodos permiten realizar la goniometría de varias fuentes que llegan simultáneamente a una red de captadores.

(1): artículo titulado "Localización de múltiples emisores y estimación de parámetros de señal", de la revista IEEE Trans. Ant. Prop., vol AP-34, núm. 3, págs. 276-280, de Marzo de 1986, cuyo autor es M.R.D. Schmidt.

(2): artículo titulado "Estimación de parámetros de señal mediante técnicas de invariancia rotacional", de la revista IEEE Transaction ASSP, vol. ASSP-37, págs. 984-995, de Julio de 1989, cuyos autores son MM. Roy y T. Kailath.

(3): patente norteamericana US-A-5.359.333, publicada el 25 de octubre de 1994.

Sin embargo, esto métodos presentan ciertas limitaciones: la utilización de una red de N captadores permite así, típicamente, realizar la goniometría de N/2 fuentes.

Cuando la red recibe las señales útiles y las señales interferentes, es posible separarlas ejecutando las etapas del procedimiento descritas en lo que antecede. Tras haber separado las señales interferentes de las señales útiles, se efectúa la goniometría, por ejemplo, según métodos conocidos por el experto en la técnica, poniendo en práctica únicamente la matriz de correlación estimada \hat{R}b. La goniometría determina las direcciones de llegada de las P señales interferentes y no las direcciones de llegada de las M+P fuentes, lo que mejora su comportamiento. Se realiza como no estuviesen presentes las señales útiles.

La aplicación del procedimiento según el invento requiere un número de captadores menor del que se utiliza, habitualmente, en la técnica anterior.

Aplicación al filtrado espacial OLS

El esquema de principio de la OLS se recuerda en la figura 3. La OLS se utiliza para proteger a las señales útiles que llegan en una dirección dada, de las señales interferentes.

Se describe, por ejemplo, en las referencias (3) y (4) siguientes

(3): artículo titulado "Agrupaciones adaptables" de la revista IEEE Trans. Ant. Prop., vol. AP 24, núm. 5, págs. 585-598, de septiembre de 1976, cuyo autor es S.P. Applebaum.

(4): artículo titulado "Exploraciones en resolución fija y adaptable en GE y SURC", de la revista IEEE Trans. Ant. Prop., vol. AP 24, núm. 5, págs. 585-598, de septiembre de 1976, cuyo autor es P.W. Howells.

Se basa en la utilización de un captador principal directivo 60, que apunta en la dirección de las señales útiles y de L captadores auxiliares 61 que permiten eliminar la influencia de las señales interferentes presentes en la trayectoria principal. Los L captadores auxiliares y el captador principal constituyen la red de N captadores.

Las ponderaciones w_{a} de la OLS se calculan con el fin de reducir al mínimo la potencia total de la señal de salida Y_{p}(t).w^{\dagger}_{a}z(t). Se experimentan a partir de Rz, la matriz de correlación de las señales de trayectorias auxiliares y de r_{zy}, que es el vector de intercorrelación entre z(t) e y_{p}(t):

(12)w_{a} = Rz^{-1} r_{zy}

siendo Rz = E(z(t),z(t)^{\dagger}) y r_{zy} = E(z(t),y_{p}(t)^{\dagger})

donde z(t) es la señal de salida de las trayectorias auxiliares e y_{p}(t) es la señal de salida de la trayectoria principal.

La OLS debe emplearse con precaución a fin de evitar el riesgo de una eliminación de las señales útiles. Este riesgo es tanto más fuerte cuanto que las señales perturbadoras son de poca potencia con respecto a las útiles, o porque el número de trayectorias auxiliares es superior al número de señales perturbadoras. En la práctica, debe realizarse un buen acondicionamiento de la OLS. Así, las trayectorias auxiliares deben ser, también, lo menos directivas posibles en la dirección de las señales útiles y lo más directivas posibles en la dirección de las señales perturbadoras.

A fin de evitar el riesgo de una eliminación de las señales útiles, en la bibliografía existen diversos métodos de robustecimiento de la OLS:

\bullet: Adición de un ruido ficticio con el fin de "enmascarar" la presencia de las señales útiles,

\bullet: restricción normativa sobre las ponderaciones w_{a}: ||w_{a}||<Max,...

El procedimiento según el invento consiste en poner en práctica la OLS como si estuviesen ausentes las señales útiles, estimando las correlaciones de la expresión (12) correspondiente a las señales interferentes. Se suprime así el riesgo de eliminarlas y el algoritmo optimiza la eliminación de las señales interferentes y no de las señales útiles.

Para ello, se estima la matriz de correlación \hat{R}b poniendo en práctica las etapas del procedimiento según el invento y haciendo x(t) = [z(t)^{\dagger} y_{p}(t)]^{\dagger}. L fórmula (12) permite, entonces, obtener las ponderaciones w_{d} considerando que la matriz Rz (respectivamente, el vector r_{zy}) corresponde a las L primeras líneas y a las L primeras columnas (respectivamente, a las L primeras líneas de la última columna) de la matriz estimada \hat{R}b.

Filtro espacial adaptado - figura 4

A fin de proteger una señal útil cuya dirección de llegada es conocida, es posible poner en práctica el filtro espacial adaptado sobre la dirección de llegada.

El algoritmo utilizado consiste en reducir al mínimo la potencia total de salida de la antena, manteniendo siempre una ganancia unidad en la dirección de la señal útil.

Se utilizan las siguientes notaciones:

\bullet: w es el vector de ponderación correspondiente al filtro espacial,

\bullet: s es el vector director de la señal útil, que se obtiene, por ejemplo, a partir del conocimiento de la dirección de la señal útil, conocida o estimada, por ejemplo por goniometría,

\bullet: y(t) = w^{\dagger}x(t) es la salida del filtro espacial.

El vector w se escribe:

w = a \ Rx^{-1} \ s,

donde a es una constante multiplicativa.

La obtención del vector w se describe, por ejemplo, en la referencia (5) que tiene por título "Sistema mixto de goniometría de alta resolución y de rechazo adaptable de señales perturbadoras en la gama de HF", cuyos autores son F. Pipon, P. Chevalier y G. Multedo, publicado en Proc. GRETSI, págs. 685-688, en septiembre de 1991.

El filtro espacial tiene como consecuencia la obtención de una SNIR: relación entre la potencia de la señal que llega en la dirección correspondiente al vector director s (señal útil) y la suma de la potencia del ruido de fondo y de la potencia de las señales que llegan en otras direcciones (señales interferentes) máxima.

En la práctica, w se estima utilizando la matriz de correlación estimada \hat{R}x y un vector \hat{s} próximo al verdadero vector director s.

Esta técnica exige que el vector director s sea perfectamente conocido. En efecto, cuando \hat{s} no se corresponda con el vector director s, se corre el riesgo de que el algoritmo elimine la señal útil.

El procedimiento según el invento permite sortear este riesgo y mejorar el comportamiento del filtro espacial adaptado.

El filtro espacial w se calcula a partir de la matriz estimada R, determinada mediante la ejecución del procedimiento según el invento, calculada según el invento, y de \hat{s}. El filtro espacial w es, entonces, igual a: \hat{R}b^{-1}s.

La utilización de este método permite, de manera igualmente ventajosa, mejorar la velocidad de convergencia del algoritmo de cálculo de w.

Sin salirse del marco del invento, el procedimiento encuentra una especial aplicación en los siguientes campos:

\bullet: sea cual sea el tipo de fuentes: banda estrecha, banda ancha o trayectorias múltiples,

\newpage

\bullet: telecomunicaciones espaciales, por ejemplo, para la protección de un teatro de operaciones contra las interferencias,

\bullet: escucha pasiva, por ejemplo, tras una etapa de goniometría y una intensimetría de los emisores recibidos,

\bullet: GE: localización angular de interferencias en presencia de señales conocidas,

\bullet: radar, acústica, radiocomunicaciones.

Claims

1. Procedimiento para estimar la matriz de correlación de señales de características desconocidas recibidas por una red que comprende un número N de captadores, con el fin de tratar las señales recibidas por la citada red, recibiendo dichos captadores, al menos, las señales Sb de características desconocidas y las señales Su de características conocidas, formando el conjunto de las señales Su y de las señales Sb las señales Sx de captadores, caracterizado porque comprende, al menos, las etapas siguientes:

a): determinar la matriz \hat{R}s o Rs,\alpha de correlación de las señales Su de características conocidas,

c): formar una matriz A tal que A = \hat{R}s^{-1/2}\hat{R}x\hat{R}s^{-1/2}

d): descomponer la matriz A en elementos propios para obtener sus valores propios \lambda_{i} y sus vectores propios u_{i}, siendo

\lambda_{1} \leq \lambda_{2} \leq .... \leq \lambda_{N}

e): construir una matriz B que tiene los vectores propios v_{i} iguales a los vectores propios u_{i} de la matriz A, y los valores propios \gamma_{i} iguales a los valores propios \lambda_{i} dentro de una constante, viniendo determinado el valor de la constante \beta a partir de los N-P valores propios pequeños de la matriz A, siendo P el número de señales perturbadoras o de señales interferentes, siendo

\lambda_{1} \leq \beta \leq \lambda_{N-P}

f): determinar la matriz estimada \hat{R}b de correlación de las señales interferentes Sb a partir de la matriz estimada \hat{R}s y de la matriz B, tal que \hat{R}b = \hat{R}s^{1/2} B \hat{R}s^{1/2}.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque \beta corresponde al valor propio más pequeño de los \lambda_{i}.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la constante \beta se determina a partir de los N-P valores propios más pequeños de los \lambda_{i}, tomando el valor medio.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz \hat{R}s determinada en la etapa a) se determina a partir de informaciones de potencia y de direcciones de llegada de las señales útiles, según la expresión:

(6)\hat{R}s = \sum\limits^{M}_{m=1}\pi_{m}s_{m}s^{\dagger}_{m}

siendo \pi_{m} la potencia y s_{m} el vector director.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la matriz Rs o Rs,\alpha se hace inversible añadiendo un término \delta Id, siendo \delta < \sigma^{2}, donde \sigma es la potencia del ruido de fondo.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende una etapa de goniometría efectuada sobre las señales interferentes Sb utilizando la matriz estimada \hat{R}b, obtenida en el curso de la etapa f).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende una etapa de determinación de las ponderaciones w_{o} en un dispositivo de tipo OLS, en el que los N captadores comprenden L captadores auxiliares (61) y un captador principal (60), determinando una matriz Rz correspondiente a las L primeras líneas y a las L primeras columnas de la matriz estimada \hat{R}b y un vector R_{zy} correspondiente a las L primeras líneas de la última columna de la matriz estimada \hat{R}b y utilizando la expresión w_{o} = Rz^{-1} r_{zy}, siendo Rz = E(z(t),z(\dagger)^{\dagger}) y r_{zy} = E(z(t),
y_{p}(\dagger)^{\dagger}).

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende una etapa de determinación de un filtro espacial w a partir de la matriz estimada \hat{R}b, siendo w igual a \hat{R}b^{-1}s.

9. Aplicación del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, al tratamiento de antenas.

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10. Dispositivo para estimar la matriz de correlación de señales de características desconocidas recibidas por una red que comprende un número N de captadores, con el fin de tratar las señales recibidas por la citada red, recibiendo dichos captadores, al menos, las señales Sb de características desconocidas y las señales Su de características conocidas, formando el conjunto de las señales Su y de las señales Sb las señales Sx de captadores, caracterizado porque comprende medios destinados a poner en práctica el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5.