Устройство компенсации помех

 

Устройство компенсации помех относится к области радиотехники и может найти применение для подавления помех в приемниках как узкополосных, так и широкополосных сигналов. Достигаемый технический результат: повышение степени подавления помех по сравнению с прототипом в условиях многолучевости, а также во всех других случаях наличия амплитудной модуляции помехи и изменения ее удобства. Указанный результат обеспечивается введением в устройство-прототип блоков, обеспечивающих автоматическую подстройку фазы и амплитуды оценки помехи под помеху во входном сигнале, а также блоков, осуществляющих обнаружение мощных помех. 3 ил.

Устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в приемных устройствах как узкополосных, так и широкополосных сигналов.

Известны устройства подавления помех, описанные в монографии "Теория обнаружения сигналов" под редакцией П. А. Бакута. - М.: "Радио и связь", 1984г. , стр.294-297, 322-325, а также в журнале "Радиотехника", 8, 1984г., стp.33-35, недостатком которых является малая степень подавления помех.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, описанное в статье B.П. Ефимова "Оценка влияния нелинейного преобразователя на помехоустойчивость приема широкополосных сигналов в спутниковых сетях", опубликованной в журнале "электромагнитные волны и электромагнитные системы", 1, т.3, 1998г., стр.95, принятое за прототип.

Структурная схема прототипа приведена на фиг.1, где обозначено: 1 - усилитель; 2 - вычитатель; 3 - ограничитель; 4 - полосовой фильтр.

Устройство-прототип содержит следующие функциональные связи: усилитель 1, выход которого соединен с первым входом вычитателя 2, выход которого является выходом устройства, а второй вход вычитателя 2 через полосовой фильтр 4 соединен с выходом ограничителя 3, вход которого соединен с входом усилителя 1 и является также входом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом, Входная смесь, содержащая мощную помеху с амплитудой U_п и слабый полезный сигнал, поступает через блок 1, где он усиливается, на первый вход блока 2, а через последовательно соединенные блоки 3 и 4 - на второй вход блока 2. В блоках 3 и 4 осуществляется подавление мощной помехой слабого сигнала за счет ограничения входной смеси в блоке 3 и фильтрации результата ограничения в блоке 4, при этом обеспечивается постоянство амплитуды помехи, равной U₀, при любых значениях амплитуды помехи на входе устройства.

В вычитателе 2 из входной смеси вычитается оценка помехи с амплитудой U₀, на выходе блока 2 выделяется полезный сигнал и нескомпенсированный остаток помехи ΔU_п. Недостатком прототипа является малая система подавления помех.

Указанный недостаток устраняется за счет того, что в устройство, содержащее усилитель, вычитатель и последовательно соединенные ограничитель и первый полосовой фильтр, причем входы усилителя и ограничителя объединены и являются входом устройства, введены синхронно-фазовый фильтр, регулируемый усилитель, перемножитель, интегратор, блок задержки, коммутатор, а также последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вход которого присоединен к входу устройства, амплитудный детектор и блок сравнения с порогом, выходом соединенный с третьим, управляющим входом коммутатора, выход которого является выходом устройства; выход усилителя соединен с входом блока задержки, выход которого соединен с вторым, сигнальным входом синхронно-фазового фильтра, с первым входом вычитателя и с первым сигнальные входом коммутатора, второй сигнальный вход которого соединен с выходом вычитателя и с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с вторым входом вычитателя и с выходом регулируемого усилителя, второй, управляющий вход которого через интегратор соединен с выходом перемножителя; кроме того, выход первого полосового фильтра соединен с первым, опорным входом синхронно-базового фильтра, выход которого соединен с первым, сигнальным входом регулируемого усилителя.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.2, где обозначено: 1 - усилитель; 2 - вычитатель; 3 - ограничитель;
4 - первый полосовой фильтр;
5 - синхронно-фазовый фильтр;
6 - регулируемый усилитель;
7 - перемножитель;
8 - интегратор;
9 - блок задержки;
10 - коммутатор;
11 - второй полосовой фильтр;
12 - амплитудный детектор;
13 - блок сравнения с порогом.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные усилитель 1, блок задержки 9, выходом присоединенный к второму сигнальному входу синхронно-фазовому фильтру 5, к первому входу вычитателя 2 и к первому сигнальному входу коммутатора 10, выход которого является выходом устройства; последовательно соединенные ограничитель 3, первый полосовой фильтр 4, выходом присоединенный к первому, опорному входу синхронно-фазового фильтра 5, выходом присоединенный к первому, сигнальному входу регулируемого усилителя 6, выход которого соединен с вторыми входами вычитателя 2 и перемножителя 7; выход вычитателя 2 соединен с вторым сигнальным входом коммутатора 10 и через последовательно соединенные перемножитель 7 и интегратор 8 - с управляющим входом регулируемого усилителя 6; последовательно соединенные второй полосовой фильтр 11, амплитудный детектор 12 и блок сравнения с порогом 13, выход которого соединен с третьим, управляющим входом коммутатора 10, кроме того, входы усилителя 1, ограничителя 3 и второго полосового фильтра 11 объединены и являются входом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая мощную помеху и слабый полезный сигнал, поступает со входа устройства на первый сигнальный вход блока 10 через последовательно соединенные блоки 1 и 9, а на его второй сигнальный вход - через последовательно соединенные блоки 3, 4, 5 и 6. В блоке 1 осуществляется усиление входной смеси, а в блоке 9 ее задержка, при этом величина задержки блока 9 подбирается таким образом, чтобы обеспечивалось выравнивание по времени помехи и ее оценки на входах вычитателя 2.

Формирование оценки помехи выполняется следующим образом.

Входная смесь со входа устройства подается на блок 3, где осуществляется его жесткое ограничение, результат ограничения входной смеси фильтруется в блоке 4. В результате ограничения и фильтрации мощная помеха подавляет слабый полезный сигнал, при этом происходит нормирование амплитуды помехи, которая на выходе блока 4 имеет постоянное значение U₀ не зависящее от амплитуды помехи на входе устройства. C выхода блока 4 оценка помехи постоянной амплитуды подается на опорный вход блока 5, на сигнальный вход которого поступает входная смесь с выхода блока 9. На выходе блока 5 выделяется помеха, сфазированная с помехой во входной смеси, амплитуда которой пропорциональна амплитуде помехи во входной смеси и отличается от нее постоянным множителем, который автоматически устанавливается максимально близким к единице на втором входе блока 2 за счет использования блоков 6, 7 и 8. В блоке 2 из входной смеси вычитается оценка помехи, фаза и амплитуда которой совпадают с фазой и амплитудой помехи во входной смеси при любых их изменениях. На выходе блока 2 выделяется полезный сигнал и остаточная, нескомпенсированная, часть помехи ΔU_п.
Автоматическая подстройка коэффициента передачи тракта формирования оценки помехи, при которой достигается максимальная степень подавления помехи, производится следующим образом. В блоке 7 перемножаются напряжение на выходе устройства и напряжение оценки помехи на втором входе блока 2, результат перемножения усредняется (интегрируется) в блоке 7, за счет чего на выходе блока 7 выделяется напряжение, пропорциональное степени корреляции напряжений на выходе блока 1 и на его втором входе. При этом, чем больше остаточное напряжение помехи на выходе блока 2, тем больше напряжение на выходе блока 8, которое, подаваясь на управляющий вход блока 6, увеличивает его коэффициент передачи, что, в свою очередь, приводит к увеличению напряжения оценки помехи на втором входе блока 2 и к уменьшению остаточного, нескомпенсированного напряжения ΔU_п на выходе блока 2.

Входная смесь с выхода блока 9 также поступает на первый сигнальный вход блока 10, на второй сигнальный вход которого подается напряжение с выхода блока 2.

Блок 10 управляется напряжением, поступающим на его третий, управляющий, вход, которое формируется следующим образом.

Входная смесь, поступающая с входа устройства, усиливается в блоке 11, усиленная до уровня, необходимого для ее амплитудного детектирования, она поступает на блок 12, где выделяется ее огибающая, которая сравнивается с порогом в блоке 13. Команда о превышении порога ("1") или непревышении порога ("0") с выхода блока 13 подается на третий, управляющий, вход блока 10. При наличии на третьем, управляющем, входе блока 10 команды "0" он подключает к своему выходу, являющемуся выходом устройства, свой первый сигнальный вход. Этот режим соответствует случаю отсутствия на входе устройства мощной помехи. При появлении на управляющем входе блока 10 команды "1" он подключает к выходу устройства свой второй сигнальный вход. Этот режим соответствует случаю наличия на входе устройства мощной помехи и ее компенсации в блоке 2.

Структурная схема блока 10 приведена на фиг.3, где обозначено:
101 и 102 - первый и второй ключи;
103 - инвертор.

Блок 10 содержит последовательно соединенные инвертор 103 и первый ключ 101, а также второй ключ 102, при этом выходы ключей объединены и являются выходом блока 10, управляющий вход блока 10 соединен с управляющим входом второго ключа 102 непосредственно, а с управляющим входом первого ключа 101 через инвертор 103. Сигнальный вход первого ключа 101 является первым сигнальным входом блока 10, а сигнальный вход второго ключа 102 является вторым сигнальным входом блока 10.

Блок 10 работает следующим образом,
При поступлении команды "1" на управляющий вход блока 10 эта команда поступает непосредственно на управляющий вход второго ключа 102, открывая его и тем самым обеспечивая подключение второго входа блока 10, являющегося сигнальным входом ключа 102, к выходу блока 10. В то же время команда "1" инвертируется в блоке 103, поэтому на управляющем входе блока 101 присутствует команда "0", обеспечивая запирание блока 101.

Команда "0", поступающая на управляющий вход блока 10, инвертируется в блоке 103 (превраищая его в команду "1") и открывает ключ 101, при этом ключ 102 запирается, за счет чего к выходу блока 10 подключается его первый вход.

Блок 5 может быть выполнен так, как это представлено в монографии В.М. Свистова "Радиолокационные сигналы и их обработка", М., "Сов.радио", 1977г., стр.123.

В прототипе степень подавления помехи снижается в условиях многолучевости, а также в других случаях наличия амплитудной модуляции помехи, а также в случае отсутствия априорных данных об ожидаемых уровнях помех.

Действительно, в прототипе на выходе вычитателя 2 остаточное (нескомпенсированное) напряжение помехи ΔU определяется соотношением:
ΔU_п= U_п-U_o,
где U_п - амплитуда помехи на первом входе вычитателя;
U₀, - амплитуда оценки помехи, равная уровню ограничения ограничителя 3.

Таким образом, амплитуда оценки помехи имеет постоянное значение U₀, устанавливаемое на основании априорных данных об ожидаемых уровнях помехи. При увеличении U_п степень подавления ее снижается.

В заявляемом устройстве напряжение оценки помехи на выходе блока 5 пропорционально напряжению помехи на его сигнальном входе и отличается от него только постоянным множителем (см. упомянутую монографию В.М. Свистова, стр. 123), значение которого подбирается автоматически за счет применения блоков 6, 7 и 8 таким образом, чтобы достигалась максимальная степень подавления помехи на выходе блока 2.

Таким образом, в заявляемом устройстве осуществляется автоматическая подстройка амплитуды оценки помехи под помеху во входной смеси, при этом степень подавления помехи не снижается при изменениях ее уровня и наличия у нее амплитудной модуляции.

Кроме того, в заявляемом устройстве исключается снижение уровня сигнала на выходе вычитателя за счет прохождения сигнала через тракт формирования оценки помехи при малом уровне помехи или ее отсутствии, когда степень подавления сигнала в блоке 3 мала.

Дополнительные преимущества имеет заявляемое устройство по сравнению с прототипом при использовании его для подавления помех, имеющих широкий спектр, когда степень подавления помехи снижается за счет сложности обеспечения фазирования помехи и ее оценки в широком диапазоне частот.

В заявляемом устройстве фазирование помехи и ее оценки в широком диапазоне частот обеспечивается за счет применения блока 9, значение задержки которого подбирается при настройке устройства таким образом, чтобы обеспечивались выравнивание по времени помехи и ее оценки на входах блока 2, а также за счет автоматической подстройки фазы оценки помехи, обеспечиваемой блоком 5.

Формула изобретения

Устройство компенсации помех, содержащее усилитель, вычитатель и последовательно соединенные ограничитель и первый полосовой фильтр, причем входы усилителя и ограничителя объединены и являются входом устройства, отличающееся тем, что введены синхронно-фазовый фильтр, регулируемый усилитель, перемножитель, интегратор, блок задержки, коммутатор, а также последовательно соединенные второй полосовой фильтр, вход которого присоединен к входу устройства, амплитудный детектор и блок сравнения с порогом, выходом соединенный с третьим, управляющим, входом коммутатора, выход которого является выходом устройства, выход усилителя соединен с входом блока задержки, выход которого соединен с вторым, сигнальным входом синхронно-фазового фильтра, с первым входом вычитателя и с первым сигнальным входом коммутатора, второй сигнальный вход которого соединен с выходом вычитателя и с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с вторым входом вычитателя и с выходом регулируемого усилителя, второй, управляющий, вход которого через интегратор соединен с выходом перемножителя, кроме того, выход первого полосового фильтра соединен с первым, опорным, входом синхронно-фазового фильтра, выход которого соединен с первым, сигнальным, входом регулируемого усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3