Устройство подавления широкополосных помех

 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Наличие в составе устройства подавления помех первого и второго ограничителей и первого и второго синхронно-фазовых фильтров, включенных соответствующим образом, увеличивает степень подавления помех (структурных, имитационных, ретранслированных, импульсных и т.д.), а также снижает потери мощности полезного сигнала за счет паразитного пролаза его на вход первого вычитателя. 3 ил.

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

Известны устройства компенсации помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах РФ 2000666, Н 04 В 1/10, Н 04 L 7/00, 2000665, Н 04 В 1/10 и 2000659, Н 04 В 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным и структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является "Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов" по патенту РФ 2115234 С, кл. Н 04 В 1/10, 1994г., структурная схема которого приведена на фиг.1, где обозначено: 1, 6 - первый и второй вычитатели; 2, 5 - первый и второй перемножители; 3 - полосовой фильтр; 4 - фазовращатель; 7 - блок с регулируемым коэффициентом передачи; 8 - блок формирования регулирующего напряжения; 9 - генератор копии сигнала; 10, 12 - третий и четвертый перемножители; 11 - режекторный фильтр.

Устройство содержит последовательно соединенные первый вычитатель 1, первый перемножитель 2, полосовой фильтр 3, фазовращатель 4, второй перемножитель 5, второй вычитатель 6, третий перемножитель 10, режекторный фильтр 11, четвертый перемножитель 12, блок с регулируемым коэффициентом передачи 7, выход которого соединен со вторым входом первого вычитателя 1. Первые входы вычитателей 1 и 6 объединены и являются входом устройства. Выход первого перемножителя 2 соединен также со входом блока формирования регулирующего напряжения 8, выход которого соединен со вторым входом блока с регулируемым коэффициентом передачи 7. Вторые входы первого (2), второго (5), третьего (10) и четвертого (12) перемножителей соединены с выходом генератора копии сигнала 9.

Работает устройство следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный фазоманипулированный сигнал и широкополосную помеху, например структурную, поступает одновременно на входы блоков 1 и 6.

В блоке 1 из входной смеси вычитается оценка помехи, а в блоке 6 из входной смеси вычитается оценка сигнала. В исходный момент времени, когда напряжение на выходе блока 5 отсутствует, блоки 10 и 12 закрыты, поэтому напряжение с выхода блока 12 через блок 7 на блок 1 не подается. В этом случае входная смесь через блок 1 поступает на вход блока 2. В блоке 2 за счет перемножения с синхронным опорным сигналом, формируемым блоком 9, широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный, который после фильтрации в блоке 3 через блок 4 подается на вход блока 5, где перемножается с тем же опорным сигналом. В результате перемножения на выходе блока 5 формируется оценка широкополосного сигнала, которая компенсирует в блоке 6 широкополосный сигнал во входной смеси. Одновременно помеха проходит тот же путь. В блоке 2 она манипулируется по фазе опорным сигналом блока 9, часть расширенного спектра помехи попадает в полосу пропускания блока 3 и через блок 4 поступает на вход блока 5, где узкая часть спектра помехи, отфильтрованная блоком 3, манипулируется по фазе тем же опорным сигналом, в результате чего эта часть спектра превращается в широкополосную помеху, коррелированную с полезным широкополосным сигналом.

Таким образом, на выходе блока 5 присутствует не только широкополосный сигнал, но и широкополосная помеха, коррелированная с ним. Эта смесь подается на блок 6, с которым осуществляется компенсация полезного сигнала, при этом на его выходе выделяется структурная помеха и ее широкополосная составляющая, коррелированная с полезным сигналом, которая подается на блок 10. В блоке 10 за счет перемножения с опорным сигналом блока 9 осуществляется свертка полезного широкополосного сигнала и широкополосной составляющей помехи, коррелированной с полезным сигналом, соответственно в узкополосный сигнал и в узкополосную помеху с шириной спектра ΔF, равной полосе пропускания блока 3. Свернутые полезный сигнал и широкополосная составляющая помехи режектируются в блоке 11, полоса режекции которого ΔF_p = ΔF, и не проходят на блок 7. В то же время структурная помеха в блоке 10 получает дополнительную манипуляцию опорным сигналом блока 9, которая затем снимается в блоке 12 за счет перемножения с тем же опорным сигналом. Структурная помеха с выхода блока 12 подается через блок 7 на блок 1. Коэффициент передачи блока 7 регулируется с помощью блока 8 таким образом, чтобы достигалась максимальная степень подавления помехи.

Это достигается за счет того, что в блоке 8 осуществляется фильтрация части расширенного спектра структурной помехи в полосовом фильтре с полосой пропускания ΔF, равной полосе пропускание блока 3, но отстроенной от несущей частоты таким образом, чтобы спектр свернутого полезного сигнала не попадал в фильтр блока 8. В блоке 8 осуществляется выделение части расширенного спектра структурной помехи, ее усиление и детектирование. Чем больше уровень напряжения помехи, тем больше уровень регулирующего напряжения блока 8, который соответствующим образом увеличивает коэффициент передачи блока 7, обеспечивая уменьшение уровня нескомпенсированного остатка помехи.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к широкополосным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый вычитатель, первый перемножитель, полосовой фильтр, фазовращатель, второй перемножитель, последовательно соединенные третий перемножитель, режекторный фильтр, четвертый первмножитель, блок с регулируемым коэффициентом передачи, выходом соединенный со вторым входом первого вычитателя, содержит второй вычитатель, а также генератор копии сигнала, соединенный с опорными входами первого и второго перемножителей, при этом первый вход первого вычитателя является входом устройства, а его выход является выходом устройства, введены первый и второй ограничители, первый и второй синхронно-фазовые фильтры, а также последовательно соединенные пятый перемножитель и интегратор, выходом соединенный с управляющим входом блока с регулируемым коэффициентом передачи, при этом вход первого вычитателя соединен со входом второго ограничителя и сигнальным входом первого синхронно-фазового фильтра, выход второго ограничителя соединен с сигнальным входом второго синхронно-фазового фильтра и вторым входом второго вычитателя, выход второго перемножителя через первый ограничитель соединен с опорными входами третьего перемножителя, четвертого перемножителя, второго синхронно-фазового фильтра и с первым входом второго вычитателя.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где использованы следующие обозначения:
1, 16 - первый и второй вычитатели;
2, 5, 10, 12, 14 - первый, второй, третий, четвертый и пятый перемножители;
3 - полосовой фильтр;
4 - фазовращатель;
6, 8 - первый и второй ограничители;
7, 17 - первый и второй синхронно-фазовый фильтр;
9 - генератор копии сигнала;
11 - режекторный фильтр;
13 - блок с регулируемым коэффициентом передачи;
15 - интегратор.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные вычитатель 1, первый перемножитель 2, полосовой фильтр 3, фазовращатель 4, второй перемножитель 5, первый ограничитель 6, содержит генератор копии сигнала 9, а также последовательно соединенные второй синхронно-фазовый фильтр 17, второй вычитатель 16, третий перемножитель 10, режекторный фильтр 11, четвертый перемножитель 12, первый синхронно-фазовый фильтр 7, блок с регулируемым коэффициентом передачи 13, соединенный со вторым входом первого вычитателя 1, содержит второй ограничитель 8, вход которого, объединенный с первым входом первого вычитателя 1 и опорным входом первого синхронно-фазового фильтра 7, является входом устройства, выход второго ограничителя 8 соединен с сигнальным входом второго синхронно-фазового фильтра 17 и вторым входом второго вычитателя 16, содержит последовательно соединенные пятый перемножитель 14 и интегратор 15, при этом выход первого вычитателя 1 соединен также со входом пятого перемножителя 14 и является выходом устройства, выход интегратора 15 соединен с управляющим входом блока с регулируемым коэффициентом передачи 13, выход первого ограничителя 6 соединен с опорными входами третьего 10 и четвертого 12 перемножителей, а также с опорным входом второго синхронно-фазового фильтра 17, выход генератора копии сигнала 9 соединен с опорными входами первого перемножителя 2 и второго перемножителя 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный фазоманипулированный сигнал и широкополосную помеху (имитационную, ретранслированную, структурную, импульсную), поступает на вход блока 1 и вход блока 8. Далее будем рассматривать структурную помеху. В исходный момент времени на опорных входах блоков 10 и 12 отсутствует напряжение, что эквивалентно разрыву цепи между блоками 10 и 7, поэтому на второй вход блока 1 оценка структурной помехи не поступает. В этом случае входная смесь через блок 1 подается на блок 2, где за счет перемножения с синхронным опорным сигналом блока 9 на выходе блока 2 широкополосный полезный сигнал сворачивается и становится узкополосным, а структурная помеха расширяет свой спектр. Узкополосный сигнал и малая часть расширенного спектра структурной помехи попадают в полосу пропускания блока 3, настроенного на частоту несущей полезного сигнала. Полоса пропускания блока 3 выбирается равной ширине спектра узкополосного (свернутого) полезного сигнала ΔF. С выхода блока 3 узкополосный полезный сигнал и часть спектра структурной помехи подаются через блок 4, осуществляющий фазирование принимаемого сигнала с опорным сигналом блока 9, на блок 5, где за счет перемножения с тем же опорным сигналом блока 9 они превращаются соответственно в широкополосный фазоманипулированный сигнал и паразитную широкополосную фазоманипулированную помеху, коррелированную с полезным широкополосным сигналом (имеющую ту же несущую частоту и тот же закон манипуляции и отличающуюся от него начальной фазой). Смесь оценки широкополосного полезного сигнала и коррелированной помехи через блок 6, осуществляющий нормирование напряжения на своем выходе, подается на опорные входы блоков 10, 12 и 17. На сигнальный вход блока 17 поступает входная смесь, ограниченная по амплитуде в блоке 8. За счет ограничения в блоке 8 мощная структурная помеха подавляет сжатый широкополосный полезный сигнал. Блок 17 осуществляет автоматическую подстройку амплитуды и фазы оценки полезного широкополосного сигнала под амплитуду и фазу входного широкополосного полезного сигнала. Так как на опорный вход блока 17 структурная помеха не поступает, то на выход блока 17 она не проходит, на выходе блока 17 выделяется только оценка полезного широкополосного сигнала, которая, поступая на первый вход блока 6, компенсирует полезный сигнал во входной смеси, поступающей на второй вход блока 16 с выхода блока 8. С выхода блока 16 структурная помеха и нескомпенсированный остаток полезного широкополосного сигнала подается на блок 10, где перемножается с опорным сигналом блока 6, представляющего собой смесь оценки широкополосного полезного сигнала и коррелированной широкополосной помехи.

В результате перемножения в блоке 10 осуществляют автоматическую подстройку фазы оценки помехи, при этом амплитуда оценки помехи на его выходе пропорциональна амплитуде помехи с точностью до постоянного множителя, значение которого выбирается близким к 1 за счет подбора при настройке соответствующего коэффициента передачи блока. В предлагаемом устройстве обеспечивается автоматическая подстройка коэффициента передачи тракта формирования оценки помехи за счет применения блоков 14 и 15, вычисляющих коэффициент корреляции между оценкой помехи и ее остатком на выходе вычитателя. В блоке 14 осуществляется перемножение напряжения на втором входе вычитателя 1 и на его выходе, результат перемножение интегрируется, напряжение с выхода интегратора используется для регулировки коэффициента. Нескомпенсированный (и не подавленный в блоке 8) остаток входного широкополосного полезного сигнала сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется блоком 11. В то же время структурная помеха за счет ее манипуляции широкополосным опорным сигналом блока 6 расширяет свой спектр, малая часть расширенного спектра режектируется блоком 11. Основная часть ее спектра подается на блок 12, где за счет перемножения с тем же опорным сигналом блока 6, с нее снимается манипуляция, наложенная в блоке 10. На выходе блока 12 выделяется оценка структурной помехи, которая через блоки 7 и 13 подается на второй вход блока 1, где компенсирует помеху во входной смеси. Блок 7 обеспечивает автоматическую подстройку амплитуды и фазы оценки помехи, при этом амплитуда оценки помехи на его выходе пропорциональна амплитуде помехи на его входе (входе устройства) с точностью до постоянного множителя. Значение постоянного множителя обычно устанавливается близким к 1 за счет подбора при настройке блока соответствующего значения коэффициента его передачи.

В предлагаемом устройстве значение коэффициента передачи блока 7 может быть произвольным, а равенство амплитуд оценки структурной помехи и структурной помехи во входной смеси достигается за счет автоматической подстройки коэффициента передачи тракта формирования оценки структурной помехи, выполняемой с помощью блоков 13, 14, 15.

Блок 14 осуществляет перемножение напряжения оценки структурной помехи на выходе блока 13 и напряжения на выходе блока 1, в блоке 15 осуществляется интегрирование результата перемножения. Таким образом, на выходе блока 15 выделяется напряжение, пропорциональное степени корреляции амплитуды оценки структурной помехи и ее остатка на выходе блока 1. Чем больше это напряжение, тем больше коэффициент передачи блока 13, при этом увеличение амплитуды оценки структурной помехи на выходе блока 13 приводит к уменьшению остаточного напряжения и т.д.

Блоки 7 и 17 могут быть выполнены так, как это указано в монографии В.М. Свистова "Радиолокационные сигналы и их обработка". Москва, Сов. радио, 1977г., стр. 123, рис. 3.6.

Структурная схема синхронно-фазового фильтра приведена на фиг.3, где использованы следующие обозначения:
71, 73 - перемножители;
72 - фильтр нижних частот;
74 - фазовращатель на 90^o;
75 - сумматор.

Блок 7 работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный сигнал и структурную помеху, подается на сигнальные входы блоков 71₁и 72₂. Оценка структурной помехи с выхода блока 12 подается на опорные входы блоков 71₁ и 73₁ непосредственно, а на опорные входы блоков 71₂ и 73₂ - через блок 74. В блоках 71₁ и 71₂ осуществляется свертка структурной помехи, результат свертки фильтруется блоками 72₁ и 72₂, после чего за счет перемножения с тем же опорным сигналом в блоках 73₁ и 73₂ происходит восстановление квадратурных составляющих оценки структурной помехи.

В блоке 75 происходит суммирование квадратурных составляющих оценки структурной помехи. Полоса пропускания блоков 72₁ и 72₂ обеспечивает выделение результата перемножения коррелированных структурной помехи и ее оценки. В то же время полезный сигнал и оценка структурной помехи не коррелированы, поэтому полезный сигнал в блоках 71₁ и 71₂ не сворачивается, а получает дополнительную манипуляцию, за счет чего расширяет свой спектр. Расширенный спектр сигнала практически не проходит через блоки 72₁ и 72₂ ввиду чрезвычайной узости их полосы пропускания, обеспечивающей выделение разности фаз коррелированных напряжений. Поэтому на выходе блока 75 выделяется только структурная помеха.

В прототипе полоса режекции блока 11 равна полосе пропускания блока 3, так как блок 11, как и блок 3, режектирует результат перемножения входного сигнала с опорным сигналом блока 9.

В заявляемом устройстве блок 11 режектирует результат свертки коррелированных процессов, отличающихся между собой только начальными фазами, поэтому полоса его режекции значительно меньше, чем полоса режекции блока 11 прототипа.

Сужение полосы режекции приводит к уменьшению степени искажения оценки структурной помехи за счет режекции части ее спектра в блоке 11, что увеличивает степень ее подавления в блоке 1. Степень подавления структурной помехи в заявляемом устройстве повышается также за счет применения не только автоматической подстройки амплитуды помехи, что имеет место в прототипе, но и автоматической подстройки фазы помехи и коэффициента передачи тракта формирования оценки структурной помехи.

В прототипе расширение спектра полезного сигнала и искажение его огибающей, обусловленные многолучевостью, приводит к "пролазу" полезного сигнала через блоки 6, 10, 11, 12, 7 на вход блока 1 и, следовательно, к потере мощности полезного сигнала за счет его компенсации в блоке 1.

Действительно, в полосу пропускания блока 3 сворачиваются только те составляющие спектра сигнала, которые содержатся в спектре опорного сигнала блока 9. Поэтому в условиях многолучевости на выходе блока 3 оценка полезного сигнала значительно отличается (в том числе и по ширине спектра) от полезного сигнала на входе устройства. В этом случае существенно снижается эффективность подавления полезного сигнала как в блоке 6, так и в блоке 11, что приводит к энергетическим потерям мощности сигнала за счет его компенсации в блоке 1.

В предлагаемом устройстве степень "пролаза" полезного сигнала на второй вход блока 1 снижается за счет подавление его в ограничителе 8 и применения блока 17, обеспечивающего автоматическую подстройку амплитуды и фазы оценки полезного сигнала на входе блока 16 и повышение эффективности его подавления. Кроме того, в прототипе регулировка коэффициента передачи блока 15 осуществляется блоком 8 в соответствии с уровнем напряжения расширенного (на выходе блока 2) спектра структурной помехи, измеряемого в частотной полосе, равной ΔF (полосе свернутого полезного сигнала), отстроенной от частоты настройки блока 3 (частоты несущей) таким образом, чтобы в нее не попадал свернутый полезный сигнал. Однако такая регулировка эффективна при корреляционной обработке в режиме приема широкополосных сигналов при наличии синхронизации опорного сигнала блока 9 с принимаемым сигналом. В режиме поиска по задержке (при отсутствии синхронизма опорного и принимаемого сигналов) полезный широкополосный сигнал не сворачивается в блоке 2, а расширяет свой спектр, как и структурная помеха. В этом режиме в управляющее напряжение на выходе блока 8 входит не только напряжение структурной помехи, но и напряжение полезного сигнала, наличие которого приводит к ошибочной регулировке коэффициента передачи блока 7, снижающей эффективность подавления структурной помехи.

В предлагаемом устройстве регулирующее (управляющее) напряжение, формируемое блоками 14, 15, отражает степень корреляции структурной помехи и ее остатка на выходе вычитателя 1, при этом влияние полезного сигнала на коэффициент передачи тракта формирования оценки структурной помехи практически исключено.

Сказанное в равной степени относится и к другим видам широкополосных помех (имитационным, ретранслированным, импульсным).

Таким образом, помехоустойчивость предлагаемого устройства к широкополосным помехам значительно выше, чем у прототипа.

Формула изобретения

Устройство подавления широкополосных помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый вычитатель, первый перемножитель, полосовой фильтр, фазовращатель, второй перемножитель, последовательно соединенные второй вычитатель, третий перемножитель, режекторный фильтр, четвертый перемножитель, а также блок с регулируемым коэффициентом передачи, выходом соединенный с вторым входом первого вычитателя, генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорными входами первого и второго перемножителей, при этом первый вход первого вычитателя является входом устройства, отличающееся тем, что введены первый и второй ограничители, первый и второй синхронно-фазовые фильтры, а также последовательно соединенные пятый переменожитель и интегратор, выходом соединенный с управляющим входом блока с регулируемым коэффициентом передачи, при этом вход первого вычитателя соединен с входом второго ограничителя и сигнальным входом первого синхронно-фазового фильтра, опорный вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя, выход первого синхронно-фазового фильтра соединен с входом блока с регулируемым коэффициентом передачи, выход второго ограничителя соединен с сигнальным входом второго синхронно-фазового фильтра и вторым входом второго вычитателя, выход второго перемножителя через первый ограничитель соединен с опорными входами третьего перемножителя, четвертого перемножителя и второго синхронно-фазового фильтра, выход которого соединен с первым входом второго вычитателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3