Устройство для подавления узкополосных помех

 

Изобретение относится к радиосвязи и предназначено для приема широкополосных сигналов на фоне узкополосных и импульсных помех. Технический результат заключается в повышении надежности. Устройство содержит последовательно включенные широкополосный фильтр, преобразователь и n каналов, каждый из которых содержит последовательно включенные узкополосный фильтр, усилитель, детектор, блок сравнения, регулируемый усилитель, другой вход которого соединен со входом детектора, первый ограничитель и фазовращатель. Выходы фазовращателей n каналов соединены со входами сумматора, к выходу которого подключены последовательно соединенные второй ограничитель и выходной широкополосный фильтр. Первый вход блока сравнения каждого канала соединен со входами блока выбора минимального сигнала, выход которого соединен с другим входом преобразователя частоты и вторыми входами блоков сравнения. Согласно изобретению введены в каждый канал фильтр нижних частот, пороговый блок, блок И и блок выбора максимального сигнала, последовательно включенные между выходом детектора и первым входом блока сравнения. Другой вход блока выбора максимального сигнала подключен к выходу детектора. Последовательно включены общеканальные блок питания, интегратор и пороговый блок, выход которого соединен с другими входами канальных блоков И. 2 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи, может быть использовано в радиотехнических системах, предназначенных для приема широкополосных сигналов на фоне узкополосных и импульсных помех.

В настоящее время известен ряд многоканальных устройств, позволяющих вести борьбу с узкополосными помехами в широкополосных системах связи (например, патент США №3112452, НКИ 328-167, 26.11.1963 г.

Устройство, описанное в патенте США №3112452, реализует наименее оптимальный алгоритм ограничения узкополосных помех в каналах, поэтому эффективность от его применения получается низкой.

Устройство, принятое за прототип, изображено на фиг.1, оно реализует наиболее оптимальный алгоритм интерполяции (взвешивания) узкополосных помех, в каналах и свободно от перечисленных недостатков указанных выше устройств.

На фиг.1 приняты следующие обозначения

1 - широкополосный входной фильтр с полосой пропускания, большей или равной полосе частот широкополосного сигнала;

2 - сумматор;

3 - безынерционный ограничитель;

4 - широкополосный фильтр с полосой пропускания, равной полосе частот широкополосного сигнала;

5 - блок усиления и преобразования частоты принимаемого сигнала в промежуточную частоту;

6 - узкополосный фильтр;

7 - канальный усилитель;

8 - детектор;

9 - схема сравнения;

10 - регулируемый усилитель;

11 - безынерционный ограничитель;

12 - фазовращатель;

13 - схемы выбора минимума.

Широкополосный входной фильтр 1 соединен с высокочастотным входом блока усиления и преобразования 5, выход которого соединен со входами узкополосных фильтров 6. В каждом канале выход узкополосного фильтра 6 соединен через последовательно соединенные канальный усилитель 7, регулируемый усилитель 10, безынерционный ограничитель 11 и фазовращатель 12 со входом сумматора 2. Выход канального усилителя 7 соединен также со входом детектора 8, выход которого соединен с суммирующим входом схемы сравнения 9 и соответствующим входом схемы выбора минимума 13. Выход схемы выбора минимума соединен с управляющим входом блока усиления и преобразования 5 и с вычитающим входом схемы сравнения 9, выход которой соединен с управляющим входом регулируемого усилителя 10. Выход сумматора 2 через безынерционный ограничитель 3 соединен со входом широкополосного выходного фильтра 4, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. Предположим, что на вход широкополосного фильтра 1 поступает широкополосный сигнал, "белый" шум и узкополосные помехи, а импульсные помехи отсутствуют. В этом случае устройство осуществляет подавление узкополосных помех методом уменьшения коэффициентов усиления каналов, пораженных узкополосными помехами. Это происходит следующим образом. Схема выбора минимума 13 выбирает минимальное из напряжений на выходах детекторов 8. Это напряжение используется в качестве напряжения автоматической регулировки усиления (АРУ), а также поступает на вычитающие входы схем сравнения 9, в которых это напряжение вычитается из напряжений, поступающих с выходов соответствующих детекторов 8. Коэффициенты усиления регулируемых усилителей 10 уменьшаются с ростом напряжений на выходах схем сравнений 9. По этой причине наибольший коэффициент усиления регулируемого усилителя 10 будет в канале, суммарный уровень помех в котором наименьший.

Таким образом, при возрастании сигнала на выходе какого-либо узкополосного фильтра 6 коэффициент усиления соответствующего регулируемого усилителя 10 будет уменьшаться, причем параметры регулируемого усилителя 10 подбираются таким образом, чтобы его коэффициент усиления уменьшался быстрее, чем растет напряжение на выходе соответствующего узкополосного фильтра 6. В этом случае наибольший сигнал будет на выходе канала с минимальным уровнем помех.

Сигналы с выходов каналов суммируются на сумматоре 2. Далее суммарный сигнал через безынерционный ограничитель 3 и широкополосный выходной фильтр 4 поступает на выход устройства.

Для избежания нелинейных искажений сигнала параметра устройства выбираются такими, чтобы при отсутствии импульсных помех сигналы в каналах находились на линейном участке ограничителей 11, а выходной сигнал сумматора 2 находился на линейном участке ограничителя 3. Это требование выполняется в широком динамическом диапазоне уровней входных сигналов, так как устройство охвачено кольцом АРУ.

Предположим, что на вход широкополосного входного фильтра 1 поступает широкополосный сигнал, "белый шум", узкополосные и импульсные помехи.

Постоянная времени детекторов 8 выбирается больше длительности импульсной помехи, поэтому коэффициент передачи блока усиления и преобразования входных сигналов 5, а также регулируемых усилителей 10 во время действия импульсной помехи не меняется.

По этой причине импульсные помехи без ослабления поступают на вход каналов, в которых осуществляется их ограничение на ограничителях 11, а затем дополнительно с помощью ограничителя 3 на выход сумматора 2.

Для эффективного подавления узкополосных помех рассмотренное устройство должно иметь большое число параллельных каналов (порядка 30-50). Однако в этом случае надежность устройства оказывается низкой, так как выход из строя отдельного канала приводит к выходу из строя всего устройства. Действительно, предположим, что вышел из строя узкополосный фильтр 6, канальный усилитель 7 или детектор 8 хотя бы в одном из m каналов устройства. В этом случае напряжение на выходе детектора 8 данного канала будет равно 0. Таким же уровнем окажется напряжение на выходе схемы выбора минимума 13, т.е. кольцо АРУ окажется разомкнутом. Это приведет к тому, что коэффициент передачи блока усиления и преобразования 5 будет максимальным, и, следовательно, на выходах детекторов 8 работающих каналов будут большие уровни напряжений, что автоматически приведет к запиранию регулируемых усилителей 10 в работающих каналах. Таким образом, к сумматору 2 будет подключен выход неработающего канала, а исправные каналы будут постоянно отключены от сумматора 2, и, следовательно, сигнал с их выхода не будет проходить на выход устройства, что является существенным недостатком прототипа.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности устройства для подавления помех путем исключения влияния на работу устройства вышедших из строя каналов.

Эта цель достигается тем, что в каждый канал вводятся последовательно соединенные фильтр нижних частот (ФНЧ), пороговый элемент, схема И, схема выбора максимума, кроме того, вводятся общие последовательно соединенные интегратор и пороговый элемент, выход которого подключен ко входам схем И.

На фиг.2 представлена блок-схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:

1 - широкополосный входной фильтр с полосой пропускания, большей или равной полосе частот широкополосного сигнала;

2 - сумматор;

3 - безынерционный ограничитель;

4 - широкополосный фильтр с полосой пропускания, равной полосе частот широкополосного сигнала;

5 - блок усиления и преобразования частоты принимаемого сигнала в промежуточную частоту;

6 - узкополосный фильтр;

7 - канальный усилитель;

8 - детектор;

9 - схема сравнения;

10 - регулируемый усилитель;

11 - безынерционный ограничитель;

12 - фазовращатель;

13 - схема выбора минимума;

14 - фильтр нижних частот (ФВЧ);

15 - пороговый элемент;

16 - схема И;

17 - схема выбора максимума;

18 - интегратор;

19 - пороговый элемент.

Широкополосный входной фильтр 1 подключен к высокочастотному входу блока усиления и преобразования 5, выход которого подключен к высокочастотным входам каналов. В каждом канале выход узкополосного фильтра 6 подключен ко входу канального усилителя 7, выход которого соединен со входом детектора 8 и высокочастотным входом регулируемого усилителя 10. Выход детектора 8 подключен к последовательно соединенным фильтру нижних частот ФНЧ 14 и пороговому элементу 15, а также к одному из входов схемы выбора максимума 17. Выход порогового элемента 15 соединен с одним из входов схемы И 16, другой вход которой соединен с выходом порогового элемента 19, вход которого подключен к выходу интегратора 18. Выход схемы И 16 подключен к другому входу схемы выбора максимума 17, выход которой соединен с суммирующим входом схемы сравнения 9 и с одним из входов схемы выбора минимума 13. Выход схемы выбора минимума 13 соединен с управляющим входом блока усиления и преобразования частоты 5 и с вычитающими входами схем сравнения 9. Выход схемы сравнения 9 подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 10, выход которого подключен к последовательно соединенным безынерционному ограничителю 11, фазовращателю 12, сумматору 2, безынерционному ограничителю 3 и широкополосному выходному фильтру 4, выход которого является выходом устройства.

Предлагаемое устройство для подавления помех работает следующим образом.

При включении радиоприемного устройства происходит заряд интегратора 18 от источника питания. Возможная схема интегратора приведена на фиг.3.

Время заряда емкости интегратора 18 выбирается большим времени установления напряжения на выходе детектора 8, а также времени установления переходных процессов в схеме.

В течение времени заряда емкости на вход схемы И 16 с выхода порогового устройства 19 будет поступать низкий потенциал, в результате чего на выходе схемы И 16 также установится низкой потенциал и, следовательно, ФНЧ 14, пороговое устройство 15, схема И 16 на работу предлагаемого устройства для подавления помех не будут оказывать влияния. Работа устройства в течение этого времени будет аналогична работе устройства-прототипа.

По окончании заряда емкости интегратора 18 с выхода порогового элемента 19 на вход схемы "И" 16 будет поступать высокий потенциал.

Предположим, что неисправные каналы в предлагаемом устройстве отсутствуют. В этом случае напряжение, поступающее на пороговый элемент 15 с выхода детектора 8 через ФНЧ 14, превышает уровень порога. На вход схемы И 16 с выхода порогового элемента 15 будет поступать низкий потенциал. На выходе схемы выбора максимума 17 установится напряжение, пропорциональное напряжению на выходе детектора 8. Таким образом, при всех исправных каналах работа предлагаемого устройства будет аналогична работе устройства-прототипа.

Предположим, что в предлагаемом устройстве имеется один или несколько неисправных каналов. В этом случае сигнал, поступающий на вход соответствующего порогового элемента 15 через ФНЧ 14 с выхода соответствующего детектора 8, оказывается ниже напряжения порога. На вход схемы И 16 с выхода порогового элемента 15 будет поступать высокий потенциал. С выхода схемы И 16 на один из входов схемы выбора максимума 17 будет поступать высокий потенциал, а на другой вход схемы выбора максимума 17 с выхода детектора 8 будет поступать низкий потенциал. Следовательно, с выхода схемы выбора максимума 17 на соответствующий вход схемы выбора минимума 13 поступает высокий потенциал. Таким образом, неисправный канал не будет оказывать влияния на работу устройства.

Введение в каналы последовательно соединенных ФНЧ 14, порогового элемента 15, схемы И 16 и схемы выбора максимума 17, а также общих последовательно соединенных интегратора 18 и порогового элемента 19, выход которого подключен ко входам схем И 16, выгодно отличает предлагаемое устройство от устройства-прототипа, так как позволяет исключить влияние вышедших из строя каналов на работу устройства и, как следствие, существенно повысить его надежность.

За базовый объект возьмем многоканальное устройство подавления помех, защищенное авторским свидетельством №85612, которое применено в радиоприемном устройстве 15Э648, выпускаемом в настоящее время отечественной промышленностью. Устройство обладает высокими техническими характеристиками, однако имеется ряд существенных недостатков по сравнению с предлагаемым устройством:

а) устройство по авт. св. №85612 не реагирует на узкополосные помехи малой интенсивности и полностью отключает каналы, пораженные узкополосными помехами большой интенсивности, в то время как оптимальным является реализованное в предлагаемом устройстве плавное уменьшение коэффициента передачи канала в зависимости от уровня узкополосной помехи,

б) в каналах устройства отсутствуют фазовращатели, компенсирующие разброс в набеге фазы, возникающий при прохождении сигнала по различным каналам, что приводит к фазочастотным искажениям полезного сигнала,

в) из-за отсутствия усилителей в каналах устройства нормальная его работа возможна только при большом уровне входного сигнала, что является существенным недостатком, так как каскады приемника, расположенные на входе устройства, должны иметь достаточный динамический диапазон по сосредоточенным помехам, которые могут во много раз превышать уровень входного сигнала. В противном случае, при достаточно большом уровне помехи разрывается кольцо АРУ и нормальная работа устройства прекращается;

г) при помехах, близких к порогу отключения, происходит многократное выключение и включение канала, что приводит к возникновению внутренних импульсных помех, снижающих эффективность приема.

Оценим получаемую величину выигрыша в надежности. К отказу устройства-прототипа приводит отказ любого из общих элементов (широкополосного входного фильтра 1, сумматора 2, безынерционного ограничителя 3, широкополосного выходного фильтра 4, блока усиления и преобразования 5, схемы выбора минимума 13) либо отказ любого из следующих элементов в каналах: узкополосного фильтра 6, канального усилителя 7, амплитудного детектора 8. Как было показано выше, отказ перечисленных элементов в каналах не приводит к отказу предлагаемого устройства.

На практике, в зависимости от числа каналов m, объем общих элементов устройства составляет 5-15% от объема перечисленных элементов в каналах. Следовательно, выигрыш в надежности лежит в пределах 6-20 раз.

Формула изобретения

Устройство для подавления узкополосных помех, содержащее последовательно включенные широкополосный фильтр, преобразователь и n каналов, каждый из которых содержит последовательно включенные узполосный фильтр, усилитель, детектор, блок сравнения, регулируемый усилитель, другой вход которого соединен со входом детектора, первый ограничитель и фазовращатель, выходы фазовращателей n каналов соединены со входами сумматора, к выходу которого подключены последовательно соединенные второй ограничитель и выходной широкополосный фильтр, первый вход блока сравнения, каждого канала соединен со входами блока выбора минимального сигнала, выход которого соединен с другим входом преобразователя частоты и вторыми входами блоков сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, введены в каждый канал фильтр нижних частот, пороговый блок, блок И и блок выбора максимального сигнала, последовательно включенные между выходом детектора и первым входом блока сравнения, причем другой вход блока выбора максимального сигнала подключен к выходу детектора, а также последовательно включенные общеканальные блок питания, интегратор и пороговый блок, выход которого соединен другими входами канальных блоков И.

РИСУНКИ