Устройство подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов

 

Устройство подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов относится к области радиотехники. Достигаемый технический результат - повышение степени подавления структурных помех по сравнению с прототипом, при этом степень подавления структурных помех не снижается при увеличении базы широкополосного сигнала и тактовой частоты псевдослучайных последовательностей, используемых при его формировании. Результат достигается за счет формирования оценки структурных помех и ее использования для режекции соответствующих структурных помех во входной смеси, при этом исключается необходимость выравнивания амплитуды структурной помехи и ее оценки в широком диапазоне частот. Устройство содержит шесть перемножителей, два полосовых фильтра, генератор копии сигнала, два усилителя-ограничителя, пять элементов задержки, два режекторных фильтра. 2 ил.

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства подавление помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах RU 20601525 H 04 B 1/10 от 22.05.1990 г., RU 2034402 Н 04 В 1/10 от 30.04.1995 г. и другие, недостатком которых является низкая помехоустойчивость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов по патенту РФ 2157049 Н 04 В 1/10 от 27.09.2000 г., структурная схема которого приведена на фиг.1, где обозначено: 1, 3, 7 и 9 - первый, второй, третий и четвертый перемножители (фазовые модуляторы); 2 - полосовой фильтр; 4 - генератор копии сигнала (генератор псевдослучайной последовательности - генератор ПСП); 5 - усилитель-ограничитель; 6, 12, 13 и 14 - первый, второй, третий и четвертый элементы задержки; 8 - режекторный фильтр; 10 - аттенюатор; 11 - вычитатель.

Устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, полосовой фильтр 2, второй перемножитель 3, усилитель-ограничитель 5, выход которого соединен с опорным входом третьего перемножителя 7 и через четвертый элемент задержки 14 с опорным входом четвертого перемножителя 9. Входы первого перемножителя 1, первого 6 и второго 12 элементов задержки объединены и являются входом устройства. Выход первого элемента задержки 6 через последовательно соединенные третий перемножитель 7, режекторный фильтр 8, четвертый перемножитель 9 и аттенюатор 10 соединен со вторым входом вычитателя 11, выход которого является выходом устройства. Первый вход вычитателя 11 соединен с выходом второго элемента задержки 12. Выход генератора копии сигнала 4 соединен с опорным входом первого перемножителя 1 и через третий элемент задержки 13 с опорным входом второго перемножителя 3.

Устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал и узкополосная помеха поступают на вход перемножителя 1, на опорный вход которого подается копия сигнала с генератора копии сигнала 4, синхронной со входным широкополосным сигналом. За счет перемножения входного сигнала и его копии широкополосный сигнал сворачивается в перемножителе 1 в узкополосный сигнал, который фильтруется полосовым фильтром 2 и подается на вход перемножителя 3. Узкополосная помеха в перемножителе 1 "размазывается" в широкополосную помеху за счет манипуляции ее по фазе на (0,π) копией сигнала, вырабатываемой генератором 4. Часть спектра широкополосной помехи попадает в полосовой фильтр 2, после чего подается на вход блока 3, на опорный вход которого поступает копия сигнала с выхода генератора 4 через элемент задержки 13.

Таким образом, на сигнальный вход второго перемножителя 3 подается смесь узкополосного сигнала и части мощности узкополосной помехи, ослабленной по отношению к помехе во входной смеси в раз, где Δf - полоса спектра полезного широкополосного сигнала, ΔF - полоса пропускания фильтра 2. Эта смесь манипулируется по фазе (0,π) копией широкополосного сигнала во втором перемножителе 3 и на его выходе выделяется смесь широкополосного сигнала и широкополосной помехи, при этом широкополосная помеха, сформировавшаяся из узкополосной помехи в блоках 1, 2, 3 (с использованием копии сигнала с генератора 4), коррелирована с полезным широкополосным сигналом (имеет одинаковую с ним несущую и закон манипуляции).

Эта широкополосная смесь после усиления в усилителе-ограничителе 5 поступает на опорный вход третьего перемножителя 7 и через четвертый элемент задержки 14 - на опорный вход четвертого перемножителя 9. На другой вход перемножителя 7 подается входная смесь. При этом в блоке 7 перемножается широкополосный сигнал с опорной широкополосной смесью, коррелированной с полезным сигналом. Широкополосной сигнал сворачивается в узкополосный низкочастотный сигнал, близкий к постоянной составляющей, так как входной и опорный широкополосные сигналы отличаются только начальной фазой.

Свернутый сигнал режектируется фильтром 8 и поэтому не проходит на вход вычитателя 11. В то же время узкополосная помеха за счет перемножения в перемножителе 7 с широкополосным опорным сигналом, поступающим с выхода усилителя-ограничителя 5, становится широкополосной, часть ее спектра режектируется в фильтре 8. Остальная часть спектра широкополосной помехи подается на вход перемножителя 9, где перемножается с тем же опорным сигналом, поступающим с усилителя-ограничителя 5 через элемент задержки 14. За счет этого широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая через аттенюатор 10 подается на вход вычитателя 11, где компенсирует помеху во входной смеси, поступающую на другой вход вычитателя через элемент задержи 12. Усилитель-ограничитель 5 работает в режиме ограничения, что обеспечивает постоянство коэффициента передачи для помехи в тракте, состоящем из перемножителя 7, режекторного фильтра 8 и перемножителя 9, при изменении уровня сигнала и помех на входе устройства. Элемент задержки 12 используется для выравнивания по времени помех, поступающих на вход вычитателя 11.

Элементы задержки 6, 13 и 14 обеспечивают синхронность широкополосного сигнала и помех на опорных сигнальных входах перемножителей. Аттенюатор 10 обеспечивает выравнивание амплитуд помех на входах вычитателя 11. Так как перемножение широкополосных сигналов в перемножителе 7 осуществляется на несущей частоте f₀, то режекторный фильтр 8 представляет собой последовательно соединенный режекторный фильтр на разностной (нулевой) частоте и режекторный фильтр на суммарной (удвоенной) частоте. Элемент задержки 14 является регулируемым в процессе настройки и используется при необходимости.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель; первый полосовой фильтр, второй перемножитель и первый усилитель-ограничитель; далее последовательно соединенные первый элемент задержки, третий перемножитель, первый режекторный фильтр и четвертый перемножитель, а также второй, третий и четвертый элементы задержки, при этом входы первого и второго элементов задержки и сигнальный вход первого перемножителя объединены и являются входом устройства; кроме того, содержит генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя непосредственно, а с опорным входом второго перемножителя - через третий элемент задержки, выход первого усилителя соединен с опорным входом третьего перемножителя непосредственно, а с опорным входом четвертого перемножителя - через четвертый элемент задержки, введены последовательно соединенные пятый перемножитель, второй режекторный фильтр, шестой перемножитель и второй полосовой фильтр, выход которого является выходом устройства. А также второй усилитель-ограничитель и пятый элемент задержки. При этом выход четвертого перемножителя через второй усилитель-ограничитель соединен с опорным входом пятого перемножителя непосредственно, а с опорным входом шестого перемножителя - через пятый элемент задержки, причем выход второго элемента задержки соединен с сигнальным входом пятого перемножителя.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено: 1, 3, 7, 9, 11 и 17 - первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой перемножители;
2 и 18 - первый и второй полосовые фильтры;
4 - генератор копии сигнала;
5 и 10 - первый и второй усилители-ограничители;
6, 12, 13, 14 и 15 - первый, второй, третий, четвертый и пятый элемент задержки;
8 и 16 - первый и второй режекторный фильтры.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, первый полосовой фильтр 2, второй перемножитель 3, первой усилитель-ограничитель 5; а также последовательно соединенные первый элемент задержки 6, третий перемножитель 7, первый режекторный фильтр 8, четвертый перемножитель 9, второй усилитель-ограничитель 10; далее последовательно соединенные второй элемент задержки 12, пятый перемножитель 11, второй режекторный фильтр 16, шестой перемножитель 17 и второй полосовой фильтр 18, выход которого является выходом устройства; кроме того, сигнальный вход первого перемножителя 1 и входы первого 6 и второго 12 элементов задержки соединены между собой и являются входом устройства; выход генератора копии сигнала 4 соединен с опорным входом первого перемножителя 1 непосредственно, а с опорным входом второго перемножителя 3 - через третий элемент задержки 13; выход первого усилителя 5 соединен с опорным входом третьего перемножителя 7 непосредственно, а с опорным входом четвертого перемножителя 9 - через четвертый элемент задержки 14; выход второго усилителя 10 соединен с опорным входом пятого перемножителя 11 непосредственно, а с опорным входом шестого перемножителя 17 - через пятый момент задержки 15.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в условиях воздействия структурных помех.

Входная смесь, содержащая широкополосный (фазоманипулированный) сигнал и структурную помеху, подается на входы блоков 1, 6 и 12.

В блоке 1 за счет перемножения широкополосного сигнала с синхронным опорным сигналом блока 4 широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который после фильтрации в блоке 2, полоса пропускания которого равна полосе свернутого сигнала, перемножается в блоке 3 с тем же синхронным опорным сигналом, поступающим от блока 4 через блок 13. На выходе блока 3 восстанавливается широкополосный сигнал. В то же время структурная помеха за счет перемножения в блоке 1 с опорным сигналом блока 4 расширяет свой спектр, малая (1/Б-я часть, где Б - база широкополосного сигнала) часть расширенного спектра помехи попадает в полосу пропускания блока 2, с выхода которого она подается на блок 3, на опорный вход которого через блок 13 поступает опорный сигнал блока 4. За счет перемножения части спектра структурной помехи с опорным сигналом на выходе блока 3 формируется широкополосная помеха, коррелированная с широкополосным сигналом, то есть имеющая одинаковые с сигналом несущую и закон манипуляции и отличающаяся от него начальной фазой.

Смесь, состоящая из широкополосной помехи, коррелированной с сигналом, и широкополосного сигнала с выхода блока 3 через блок 5, осуществляющего усиление и ограничение смеси, подается на опорный вход блока 7, на сигнальный вход которого через блок 6 подается входная смесь. Значение задержки блока 6 выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых сигналов. В блоке 7 осуществляется свертка полезного сигнала, которая режектируется блоком 8. В то же время структурная помеха расширяет свой спектр за счет перемножения с опорным сигналом, поступающим от блока 5. Такая часть расширенного спектра структурной помехи режектируется блоком 8, основная часть ее спектра поступает на блок 9, на опорный вход которого через блок 14 подается смесь с выхода блока 5. Значение задержки блока 14 выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых сигналов в блоке 9.

При перемножении с тем же опорным сигналом в блоке 9 происходит восстановление структурной помехи за счет снятия с нее манипуляции, наложенной в блоке 7.

Таким образом, на выходе блока 9 формируется оценка структурной помехи, которая через блок 10, в котором осуществляется ее усиление и ограничение, подается на опорный вход блока 11 непосредственно, а на опорный вход блока 17 - через блок 15. На сигнальный вход блока 11 через блок 12 подается входная смесь. Величина задержки блока 12 выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась синхронность перемножаемых в блоке 11 структурных помех. За счет перемножения в блоке 11 структурной помехи и ее оценки осуществляется свертка структурной помехи.

Блок 6, как и блок 7, выполняется в виде двух последовательно соединенных режекторных фильтров, первый из которых настроен на разностную частоту перемножаемых структурной помехи и ее оценки, а второй - на суммарную их частоту (2f₀), где f₀ - частота несущей структурной помехи.

То есть структурная помеха не проходит на вход блока 17 и на выход устройства. В то же время на широкополосный сигнал в блоке 11 накладывается дополнительная манипуляция оценкой структурной помехи, которая затем снимается в блоке 17 за счет перемножения с той же оценкой структурной помехи, поступающей на опорный вход блока 17 с выхода блока 10 через блок 15. Величина задержки блока 15 выбирается равной задержке в блоке 16.

С выхода блока 17 широкополосный сигнал, очищенный от структурной помехи, подается на блок 18, где осуществляется его фильтрация, при этом полоса пропускания блока 18 равна полосе спектра принимаемого широкополосного сигнала, а центральная частота настройки блока 16 равна частоте несущей широкополосного сигнала f₀.

С выхода блока 18 широкополосный сигнал подается на выход устройства.

Величины задержек блоков 6, 12, l3, 14 и 15 подбираются при настройке устройства и могут изменяться от нуля до конечного значения.

В прототипе обеспечивается формирование оценки помех с последующим использованием ее для компенсации помех во входной смеси. Однако при увеличении полосы спектра широкополосного сигнала, обусловленной увеличением его базы или тактовых частот псевдослучайных последовательностей, используемых при его формировании, помехоустойчивость прототипа снижается. Это объясняется сложностью практической реализации процедуры выравнивания по амплитуде и фазе структурной помехи и ее оценки на входе вычитателя при широкой полосе спектра структурной помехи. При этом под структурной помехой понимается мешающий сигнал, несущая частота и полоса спектра которого такие же, как у сигнала, а отличие от сигнала заключается только в виде псевдослучайной последовательности. Коэффициент подавления помех за счет их компенсации в узком диапазоне частот составляет (20-40) дБ с расширением диапазона частот из-за аппаратурных сложностей от снижения до величин, меньших 10 дБ.

В предлагаемом устройстве сформированная оценка структурной помехи используется в качестве опорного сигнала для режекции структурной помехи во входной смеси. В этом случае отсутствует необходимость выравнивания амплитуды структурной помехи и ее оценки, а предъявляемые требования к точности синхронизации как при формировании оценки структурной помехи, так и при ее режекции аналогичны требованиям к точности синхронизации соответствующего приемника широкополосного сигнала, в котором с помощью предлагаемого устройства обеспечивается подавление структурной помехи.

Поэтому степень подавления структурной помехи в предлагаемом устройстве выше, чем у прототипа, может, как и для других схем режекции, достигать значения (60-80) дБ и не снижается при увеличении базы широкополосных сигналов и тактовых частот псевдослучайных последовательностей, используемых при формировании широкополосных сигналов.

Формула изобретения

Устройство подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, первый полосовой фильтр, второй перемножитель и первый усилитель-ограничитель, далее последовательно соединенные первый элемент задержки, третий перемножитель, первый режекторный фильтр и четвертый перемножитель, а также второй, третий и четвертый элементы задержки, при этом входы первого и второго элементов задержки и сигнальный вход первого перемножителя объединены и являются входом устройства, кроме того, содержит генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя непосредственно, а с опорным входом второго перемножителя - через третий элемент задержки, выход первого усилителя-ограничителя соединен с опорным входом третьего перемножителя непосредственно, а с опорным входом четвертого перемножителя - через четвертый элемент задержки, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные пятый перемножитель, второй режекторный фильтр, шестой перемножитель и второй полосовой фильтр, выход которого является выходом устройства, а также второй усилитель-ограничитель и пятый элемент задержки, при этом выход четвертого перемножителя через второй усилитель-ограничитель соединен с опорным входом пятого перемножителя непосредственно, а с опорным входом шестого перемножителя - через пятый элемент задержки, причем выход второго элемента задержки соединен с сигнальным входом пятого перемножителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2