Устройство разнесенного приема
УСТРОЙСТВО РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА , содержащее выходной сумматор, фазовращатель на 90°, ограничитель, первый коррелятор, первый усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого коррелятора, второй коррелятор, второй усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом второго коррелятора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены фильтр нижних частот, соединенные последовательно первый смеситель, вход которого является первым входом устройства и соединен также с первым входом выходного сумматора, и перемножитель , выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, последовательно соединенные усреднитель, вычитатель, другой вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот и входом усреднителя, и нелинейный элемент с характеристикой у Z. ЗкХ , выход которого соединен с первыми входами первого и второго корреляторов, последовательно соединенные первый опорный генератор, выход которого соединен с входом фазовращателя на 90 и входом первого усилителя с регулируемым коэффициентом передачи,, второй смеситель, другой вход которого является вторым входом устройства, а выход соединен с другим входом перемножителя, третий смеситель, выход которого соединен с вторым входом выходного сумматора, а другой вход соединен с выходом ограничителя , соединенные последователь (Л но второй опорный генератор, выход которого соединен с другим входом первого смесителя, и четвертый смеситель , выход которого соединен с вторым входом первого коррелятора, а другой вход соединен с выходом первого опорного генератора, пятый смеситель , первый и второй входы кото00 00 рого соединены с выходом фазовращателя на 90 и второго опорного генератора соответственно, а выход соединен с вторым входом второго коррелятора , дополнительный сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей с регулЛ)уемыми коэффициентами передачи соответственно, а выход соединен с входом ограничителя, выход фазовращателя на 90° соединен с входом второго усилителя с регулируемым коэффициентом передачи.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (И) р()) Н 04 В 7/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPHTHA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3316200/18-09 (22) 10.07.81 (46) 23.04.84. Вюл. )(15 (72) П.A. Полушин и А.Г. Самойлов (71) Владимирский политехнический институт (53) 621.396.626(088.8) (56) 1. Защита от радиопомех. Под ред.
M.В. Иаксимова. M. 11Советское радио", 1976, с. 222, рис. 520.
2. Авторское свидетельство СССР
N - 248786, кл. Н 04 В 7/12, 1968 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА, содержащее выходной сумматор, фазовращатель на 90, ограничитель, первый коррелятор, первый усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого коррелятора, второй коррелятор, второй усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом второго коррелятора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью гвовышения помехозащищенности, в него введены фильтр нижних частот, соединенные последовательно первый смеситель, вход которого является первым входом устройства и соединен также с первым входом выходного сумматора, и перемножитель, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, последовательно соединенные усреднитель, вычитатель, другой вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот и входом усреднителя, и нелинейный элемент с характеристикой у =
2к-! с(к (, выход которого соединен кт с первыми входами первого и второго корреляторов, последовательно соединенные первый опорный генератор, выход которого соединен с входом фазовращателя на 90 и входом первого усилителя с регулируемым коэффициентом передачи,. второй смеситель, другой вход которого является вторым входом устройства, а выход соединен с другим входом перемножителя, третий смеситель, выход которого соединен с вторым входом выходного сумматора, а другой вход соединен с выходом or- a раничителя, соединенные последовательно второй опорный генератор, выход которого соединен с другим входом первого смесителя, и четвертый смеси- С тель, выход которого соединен с вторым входом первого коррелятора, а другой вход соединен с выходом пер- вого опорного генератора, пятый смеситель, первый и второй входы которого соединены с выходом фазовращателя на 90 и второго опорного генео ратора соответственно, а выход соединен с вторым входом второго коррелятора, дополнительный сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей с регулФ уемыми коэффициентами передачи соответственно, а выход соединен с входом ограничителя, выход фазовращателя на 90 соединен с вхоо дом второго усилителя с регулируемым коэффициентом передачи.
1088140
Изобретение относится к радиотех. нике и может быть использовано в системах тропосферной радиосвязи, функционирующих в условиях воздействия внешних помех. 5
Известно устройство, позволяющее осуществлять прием сигналов в условиях воздействия помех, содержащее выходной сумматор, два усилителя с регулируемыми коэффициентами передачи, выходы которых соединены с входами выходного сумматора, и два коррелятора, выход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего усилителя с регулиру- 15 емым коэффициентом передачи. При его работе происходит компенсация внешней помехи (1) .
Однако эксплуатация устройства предусматривает возможность таким 20 образом организовать радиосвязь, чтобы на одну из антенн попадали только сигналы помехи (компенсационный приемник). В системе связи, для наиболее опасных помех, практически невозможно выделить на входе какоголибо приемника только сигналы помехи без полезной составляющей. Наличие же полезной составляющей в компенсационном канале нарушает процесс ком- 30 пенсации и ведет к резкому возрастанию уровня помех на выходе. устройства.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой-З5 ство разнесенного. приема, содержащее выходной сумматор, фазовращатель на
90, ограничитель, первый коррелятор, первый усилитель с регулируемым коэф-. фициентом передачи, управляющий вход 40 которого соединен с выходом первого коррелятора, второй коррелятор, второй усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом второго коррелятора. Выход выходного сумматора соединен с входом ограничителя, вьгход которого соединен с первыми входами первого и вторых корреляторов.
Второй вход каждого коррелятора соеди"
"нен с входом соответствующего усилителя с регулируемым коэффициентом передачи. Выход каждого усилителя с регулируемым коэффициентом передачи соединен с соответствующим входом выходного сумматора (2) .
Однако относительный фазовый сдвиг между полезными компонентами входных
l сигналов, являясь хаотическим, во многих случаях имеет некоторую постоянную составляющую, например согласно моделям распространения информационного сигнала через тропосферный канал связи, описываемый обобщенным законом РэлсяРайса и др. При этом величина скорости изменения постоянной составляющей фазового сдвига полезных сигналов одного порядка со скоростью изменения медианы сигнала за счет медленных замираний может быть вполне соизмерима со скоростью изменения фазового сдвига сигналов помехи. Таким образом, исчезает основное различие между помеховы— ми и полезными компонентами во входных сигналов и при любом выборе постоянных времени корреляторов нюозможно определить фазовый сдвиг между помеховыми компонентами, а следовательно, и скомпенсировать внешнюю по. меху.
Целью изобретения является повышение помехозащищенности.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство разнесенного приема, содержащее выходной сумматор, фазовращатель на 90, ограничитель, первый коррелятор, первый усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом первого коррелятора, второй коррелятор, второй усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом второго коррелятора, введены фильтр нижних частот, соединенные последовательно первый смеситель, вхоп которого является первым входом устройства и соединен также с первым входом вы>-.одного сумматора, и перемножитель, выход которого соединен с входом фильтра нижних частот, последовательно соединенные усреднитель, вычитатель, другой вход которсго соединен с вьгходом фильтра нижних частот и входом усреднителя, и нелинейный элемент с характеристикой у =: Е як Х ., выход 2 к-1 к=1 которого соединен с первьгми входами первого и второго корреляторов, последовательно соединенные первый опорный генератор, выход которого соединен с входом фазовращателя на
90 и входом первого усилителя с ре0 гулируемым коэффициентом передачи, второй смеситель, другой вход которого является вторым входом устрой1088»-0 ства, а выход соединен с другим входом перемножителя, и третий смеситель, выход которого соединен с вторым входом выходного сумматора, а другой вход соединен с выходом ограничителя, 5 соединенные последовательно второй опорный генератор, выход которого соединен с другим входом первого смесителя, и четвертый смеситель, выход которого соединен с вторым входом пер-1О вого коррелятора, а другой вход соединен с выходом первого опорного генератора, пятый смеситель, первый и второй входы которого соединены о с выходом фазовращателя на 90 и вто- 15 рого опорного генератора соответственно, а выход соединен с вторым входом второго коррелятора, дополнительный сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами 20 первого и второго усилителей с регулируемыми коэффициентами передачи соответственно, а выход соединен с входом огранчителя, выход фазовращателя на 90 соединен с входом вто- 25 о рого усилителя с регулируемым коэффициентом передачи.
На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства разнесенного приема. 30
Устройство разнесенного приема содержит первый смеситель 1, второй смеситель 2, второй-опорный генератор 3, первый опорный генератор 4, четвертый смеситель 5, пятый смеси" о тель 6, фазовращатель 7 на 90, выходной сумматор 8, третий смеситель 9, ограничитель 10, первый коррелятор 11, второй коррелятор 12, первый усилитель 13 с регулируемым коэффициентом 40 передачи, второй регулируемый усилитель 14, дополнительный сумматор 15, нелинейный элемент 16 с характерисЯ к-1 тикой у,Е. ак Х, вычитатель 17 к=1
Ф усреднитель 18, фильтр 19 нижних частот, перемножитель 20.
Устройство работает следующим образом.
На входы устройства поступают сиг- 5О налы U„(t) и U<(t). Поскольку полезный сигнал и помеха представляют собой узкополосные случайные процессы, то
U (t) и U.(t) допускают представление в виде 55
01 Щ = А < (, ) СО 5 ((а 01+ М1(М);
Uq(() = А у И.) С05 (.10 10LQ(t)) где (до — центральная частота спектра; медленно меняющиеся относительно (д0 случай-. ные процессы.
А, (Ц, А,(Ц к,Ю, (t) Второй 3 и первый 4 опорные генераторы вырабатывают синусоидальные сигналы НЗ и U4(t с частот м (а 1 и Я, + й., т.е. U (t) = U>cos с>, t.
В первом 1 и втором 2 смесителях выделяются сигналы суммарной частоты, т.е.
05(М = К А®coef(up% N1) K е, (1)
Ug(4) = kgAq(() С05((4)0143 4 Sl)( Данные сигналы перемножаются в неремножителе 20. Фильтр 19 имеет полосу пропускания частот от 0 до Я,, причем Я„несколько больше Я . Таким образом, на выходе фильтра 19 имеет сигнал Uz(<) =4А,®A (4)cos(at+Р (t)-8,(сД= -):> a(t) со (м+ p(t)g, где p(t) — представляет собой компоненту процесса aC (t) =-М2(й) — oC„(t), прошедшую фильтр 19. В усреднителе 18 происходит усреднение по амплитуде напряжения У7(С) с некоторой постоянной времени ьч . Таким образом Ug(t) = = A (t)cos(Q. t + P (t)). В вычитателе 17 происходит вычитание сигналов 67(С) и Б (). На его выходе получаем Ц(0= К ДА(С) - А фЯ С 05 (Я.t P (t)j = = Ар(E jСО15 (МФ P()). После прохождения нелинейного элемента 16 сигнал имеет вид U (t) = A<>cos(A. t + P>(t)) . t0 Данный сигнал поступает на входы первого 11 и второго 12 корреляторов. Частота выходного сигнала четвертого смесителя 5 равна разности частот сигналов первого 4 и второго 3 опорных генераторов, т.e= сигнал равен UH(t) = П1„сов Qt Частота сигнала на выходе пятого смесителя 6 равна разности частот сигнала первого опорного генератора 4 и второго опорного генератора сдвио У нутого по фазе на 90, т.е. О,,И) =u„ „< a. Таким образом, в первом 11 и втором 12 корреляторах сигнал нелинейного элемента 16 перемножается на ортогональные сигналы U«(t) и И1 ((). 1088140 15 ц> у у — медленно меняющиеся Вб Йб и! относительно процессы. Разлагаем 8,1(й) и S<(t) на ортогональные компоненты 30 Бф) *)бб,Сббббббб1ббббббЦб-1бб,%бб(ибббб „Щ бф)=Рс Со@Д .41У„Я)-Р tete 1.t1 „,Щ РС) РrC05Ч ) 1, P,+ 11<У,, PtC2=P СО 42 ) $52=$2 " Q2 ° Помеховые сигналы VtÈ =V Co5(4)О t 1)); v2(t)=V,сов j 1 ась) с)),). 40 где 11)о — пРактически постоЯнный фазовый сдвиг между помеховыми компонентами входных сигналов Полезные и помеховые компоненты, как случайные процессы, независимы между собой. В системах связи полоса частот группового сигнала используется для передачи информации (сигнал Cp< (t)), начинается с частоты Q от 200 Гц до 300 Гц. В то же время верхняя граница спектра самых быстрых амплитудных и фазовых замираний не превышает частоты g< - =10 Гц. 55 Выходными напряжениями первого 11 и второго 12 корреляторов управляются первый 13 и второй 14 усилители, выходные сигналы которых складываются в дополнительном сумматоре 15, or- 5 раничиваются в ограничителе 10, его выходной сигнал перемножается в третьем смесителе 9 с сигналом V (t) и складывается с первым входным сигФ 10 налом в выходном сумматоре 8. Принцип работы предлагаемого устройства основан на следующем. Полезные сигналы на каждом входе устройства можно представить в виде (4) = р, cos (u< t i q„(t ) i я Щ; эХ®= 1гсо5(/1.1о1 Чп® tq<(t)), где б и 1„б — амплитуды полезных сигналов; ((1,) — изменение фазы, несущее 20 ч" н информацию; Ц и (— хаотический фазовый сдвиг, обусловленный прохождением через канал,связи; .25 Частота б и близкая к ней частота g, выбираются из условия: )б6(12) Я, С ЯЯ Таким образом, после прохождения первого 1 и второго 2 смесителей и перемножения в перемножителе 20, после фильтра 19, сигнал имеет вид бббЦ 1б )Обббб5(Мбб)СЦб Рб,СОЪ(а1бббб ) При работе устройства для определения фазового сдвига между помеховыми компонентами, необходимого для компенсации, используется различие в симметрических свойствах распределений полезных сигналов и помех. В случае, когда Я. = О, сигнал 0, (® P,,P2,сО5Ь )-ЧД+Ч „coo Чо г "- 11с 1-1с24 Pet Pggt Ч ) соБ Чо Ортогональные компоненты щ, р ) 11с, (0 имеют нормальный закон распределения, т.е. симметричны. Посколь-, ку при разнесенном приеме антенные системы разносят на такие расстояния, что Р< и (la независимы, т.е. изменения рс< и р С2 ) а такхе ) и . ф у взаимно некоррелированы, то распределение процесса pt Pc +(О .б о г также симметрично. Поскольку cos Ps постоян= но, то симметрия распределения процесса 7 cos(1) полностью бпределяется симметрией Ч, . При этом нетрудно заметить, что за исключением редких случаев, когда форма распределения V) специально сформирована, распределение V, асимметрично. В этом случае распределение процесса l 1 "Ж pe 8ntps 1Вт "со Уо также асимметрично (за счет присутствия составляющей V ) причем вели-, чина асимметриии определяется долей V8 cos (1)о в общем распределении V>(t). Эта доля в свою очередь прямо пропорциональна величине cosgo, кототорая поступает, как весовой коэффициент при V . б Таким образом, мера, построенная б на величинебасимметрии процесса V>(t), может служить для определения величины постоянного фазового сдвига Qoìåæду помеховыми компонентами входных сигналов и (в таких условиях эксплуатации), когда фазовый сдвиг между полезными сигналами имеет постоянную составляющую. Пусть И (х) — плотность распределения процесса V1(t); 1088140 Г 1 X = m,(()t(t))- среднее нннченне процесса U () . Мерой величины соя(() является фун-. кция от асимметричности распределе5 ния 43 (х) =И (х — хв} относительно начала координат. Пусть некоторая величина характеризует асимметричность распределениям (х) процес-! са U>(t) — х . При этом = o«(f (tlt(t) — хе)); где f(z)- не которая нелинейная монотонная функция, но симметричная относительно центра координат. Например, функция f(z) может быть представлена, как 2" ", где k — „а К-» ральное число, т.е. как сумма нечетных степеней z с некоторыми взвешивающими коэффициентами а К . При этом очевидно, что если неко- 20 торый процесс х1(й) имеет симметричный закон распределения, то й„=т,(((х,-m,(x,Щ-о. Если х» распределен несимметрич- 25 но, то )(„ Ф О. Если известен вид распределения внешней помехи, то Z(z) может быть выбрана таким образом, что коэффициент передачи "Мера асимметрии " максимален. Однако З0 и при неизвестном распределении помехи произвольная r(z), выбранная согласно-накладываемым условиям, также обеспечивает зависимость от асимметрии процесса U>(t), лишь с меньшим коэффициентом передачи. Предлагаемое устройство работает на основании этого свойства таким образом. Сигнал на выходе усреднителя 18 40 равен сигналу V (t) с амплитудой, усредненной с некоторой постоянной времени. Величина (,(, выбирается в зависимости от скорости изменения фазового сдвига полезных сигналов (— (таким образом, что ошибка усреднения мала по сравнению с величиной средней амплитуды. Таким образом, сигнал Ug(g» (1«1» {02со!Б(Я»-Ц)2 со5 Ы 1 50, р, 1(1, »п(ц),-с()., »пй + Ч со5(М нЯ- " pcpcos (5zt ФЦ>ср) ч со5(Ф 1-(.ро) В вычитателе 17 образуется разность этих, двух колебаний, т.е. Uo(t) 5S =со РМ(1(»»(02СОЬ(Щ»" 92$P»Р2сОЭЬ> Ц 2ф +5 + 1 рС05ф- >(»1о1. Процесс, р р сов (й t + (р ) имеет симметрично .распределенную амплитуду, распределение амплитуды процесса Vpcos (й С +(1) ) — несимметрично. На выходе нелинейного элемента 16 сигнал имеет вид 10 1 с(к(рсо (,Я. Ф(р1» Ф,Чр o5 (Q$» g)) В первом корреляторе 11 данный сигнал перемножается с сигнаЛом U1 (t ) = А cos g t и во втором корреляторе 12 с U1<(t) = A>sin g,t, произведения усредняются на интервале, много большем квазипериода изменения случайных процессов (Ори (р, т.е. на выходе первого коррелятора do(t\=t () «(t) О е (() > = i)(, a„((o,too(xtt t « kg>j>V co5(k4 ЩД cos Я. 6 > = c Д ;Г )( к» Я-1 :«с a«t«/(o coz((tt t qz)gt+ "л . «(ЧрСОЬ(ЯЛ1-qo)1 CoSq.t> где n — натуральное. Поскольку процесс р р сов(ррраспрееен-1- р делен симметрично, 1 рр сов и +Щ равен нулю при 2к -1-и нечетном, т,е. при n — четном. Поскольку процесс (1р соз ср. независим от Vp To (рС05(Я. И.(рЯ " " )y с 5(д + q» ф р1",. Косинус степени и при и нечетном может быть разложен в сумму косинусов кратных дуг (» <(со(5(,мн1)Д coGQй — „ соэм 2 i О=о .С,"co@ f(n-Z.ЕИМ g,ß). Поскольку (соз Я tcosg t)- О при jA Ф (а/, то 6 ((со&(Ф И1101) Со5Я>= о(со Ч.1 ) ) со5(,Ы+ Щ) т 9„cos Q Таким образом, О »(1 2к 1 Цй) -СО (1)ОА,7. C)ll(Ñ () )»о 1088140 cfppLD552httpp)) vcvp)=A Аналогично на выходе второго кор1релятора 12 имеем 14 11,54 (110. В первом 13 и втором 14 усилителях напряжения 04(Ц-U О» (t)=0<(4) 0,4 )="4ьА,,04coS(94 )41Co59о, О ф) =0 @) " 4Ж =) 12",@1 51Л (И,Ф Я.) 1 54А о Ю В дополнительном сумматоре 15 сигналы 01(С) и U<(t) вычитаются (К1 = = — К = k ) и на его выходе имеем 3l (tl - k U4A,)Со5(И,4 g.)t, сО5Ц, 13,Е 4 -si A(43„4 Q) sing )= k<0 44 ñî5((ч 411Ф 14 о . Этот сигнал в ограничителе 10 подвергается глубокому ограничению по амплитуде для того, чтобы устранить зависимость амплитуды сигнала Ug{t) от вида распределения используемой функции Й(в), параметров полезного сигнала ц, (р и прочих. Таким образом, на выходе ограничителя 10 образуется сигнал постоянной амплитуды 0 (ц.0, сов((и, а1 ц ). В третьем смесителе 9 перемножасигналы U1q(t) H U6(t) и выде 40 ляется сигнал разностной частоты 2о® K6) ñì Ага)04qco5/Qak фо(гй)-(в При обеспечении условия k Kc> U4g 1 на выходе третьего смесителя 9 сйгнал равен "20") = 2И)соФ о <4 z(t) - Q ) т ° е равен сигналу Ug (t) на ВТором входе устройства, сдвинутому по азе на gî В то же время Цг®= г(t) 4 ЧгФ РхС 5(и. + q„(t) рг)iV С05(и 44y 4 90), СлеДовательно02о 1) =Ргсоь(С.1,1 („(Ц 9g 9p) Ч с05(()рт> Q) Для сравнения 0,(Ц р,COD((dpi >g„H)4(у,)4Н cm/M@tч) Таким образом, на входах выходного сумматора 8 имеются сигналы, помеховые компоненты которых идентичны. В выходном сумматоре 8 происходит суммирование входных сигналов с равными, но противоположными по знаку, весовыми коэффициентами. При этом помеховые компоненты компенсируются. Выходной сигнал устройства 0 „(4) = P,cO5LM. 49„ФЧ,1 .- Цгсоъ д, ц„ < .,-<,). ве содержит составляющих внешних помех. Таким образом в предлагаемом устройстве величина фазового сдвига С „, необходимого для компенсации внешней помехи, определяется независимо от параметров амплитудно-фазовых распределений сигналов, а также инвариантна в широких пределах к распределению внешних помех. В связи с этим устройство работоспособно и в таких условиях, когда известные устройства обработки не могут обеспечить компенсацию внешних помех. Применение предлагаемого устройства обработки разнесенных сигналов. ведет к повышению помехоустойчивости радиосвязи с разнесенным приемом в условиях воздействия внешних помех. 1088140 ВНИИПИ Заказ 2690/53 ТиРаж 635 lip сное Филиал ППП Патент, г.Узгород, ул.Проектная, 4
