Устройство подавления помех методом компенсации

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Достигаемый технический результат - повышение степени подавления помех по сравнению с устройством-прототипом. Устройство подавления помех методом компенсации содержит три полосовых фильтра (1, 2, 6), два сумматора (3, 10), блок выбора минимума (12), два вычитателя (5, 11), два выпрямителя (4, 7), формирователь функции cos (8), делитель (9). 5 ил.

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

Известны устройства подавления помех методом компенсации, описанные в патентах РФ №2038697, №2034403, Н 04 В 1/10.

Недостатком этих устройств является малая степень подавления помех.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является “Устройство компенсации помех” по патенту США №4739518, Н 04 В 1/10, принятое за прототип.

Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где приведены следующие обозначения:

1 - аттенюатор;

2 - первый усилитель;

3 - ограничитель;

4 - блок задержки сигнала;

5 - вычитатель (компенсатор);

6 - полосовой фильтр;

7 - второй усилитель.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: входом устройства является вход аттенюатора 1, первый выход которого через последовательно соединенные первый усилитель 2 и блок задержки сигнала 4 соединен с первым входом вычитателя (компенсатора) 5, а второй выход аттенюатора 1 через ограничитель 3 соединен с вторым входом вычитателя 5, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр 6 и второй фильтр 7 соединен с выходом устройства.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Принятый сигнал поступает на вход аттенюатора 1. Этот аттенюатор 1 служит как согласующее устройство для входов первого усилителя 2 и ограничителя 3 и устраняет влияние этих входов друг на друга. С первого выхода аттенюатора 1 сигнал подается на вход первого усилителя 2, где он усиливается до необходимой величины и поступает на вход блока задержки сигнала 4.

Со второго выхода аттенюатора 1 сигнал подается на вход ограничителя 3, где происходит подавление сильной помехой слабого сигнала, и, таким образом, на выходе ограничителя 3 остается практически только помеха. Время задержки в блоке задержки сигнала 4 устанавливается с таким расчетом, чтобы в вычитателе 5 происходила компенсация помехи, присутствующей в полезном сигнале, поступающем с выхода блока задержки сигнала 4 на первый вход вычитателя 5 и поступающем на второй вход вычитателя 5. С выходы вычитателя 5 “очищенный” от помех сигнал подается на вход полосового фильтра 6, где отфильтровывается от внеполосных компонентов. Затем сигнал поступает на вход второго усилителя 7 для усиления до необходимой величины. Выход второго усилителя 7 является выходом устройства.

Недостатком этого устройства-прототипа является малая степень подавления помех, так как оно подавляет только помехи, превышающие по амплитуде полезный сигнал, и, кроме того, не подавляет шумы.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее первый вычитатель и первый полосовой фильтр, введены последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй вычитатель и второй выпрямитель, последовательно соединенные третий полосовой фильтр, первый сумматор, первый выпрямитель, формирователь функции cos и делитель, а также последовательно соединенные второй сумматор и блок выбора минимума, выход которого является выходом устройства, причем входы первого, второго и третьего полосовых фильтров соединены и являются входом устройства. Выход первого полосового фильтра соединен со входами второго сумматора и первого вычитателя, выход которого соединен со вторым входом блока выбора минимума. Выход второго полосового фильтра соединен со вторым входом первого сумматора. Выход третьего полосового фильтра соединен со вторым входом второго вычитателя. Выход второго выпрямителя соединен со вторым входом формирователя функции cos. Выход первого сумматора соединен со вторым входом делителя, выход которого соединен со вторыми входами второго сумматора и первого вычитателя.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено:

1, 2, 6 - первый, второй и третий полосовые фильтра (Пф);

3, 10 - первый и второй сумматоры;

4, 7 - первый и второй выпрямители;

5, 11 - первый и второй вычитатели;

8 - формирователь функции cos;

9 - делитель;

12 - блок выбора минимума.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый Пф1, второй сумматор 10 и блок минимума 12, выход которого является выходом устройства. Последовательно соединенные второй Пф2, второй вычитатель 11 и второй выпрямитель 7, выход которого соединен со вторым входом формирователя функции cos. Последовательно соединенные третий Пф6, первый сумматор 3, первый выпрямитель 4, формирователь функции и делитель 9, выход которого соединен со вторыми входами второго сумматора 10 и первого вычитателя 5, выход которого соединен со вторым входом блока выбора минимума 12. Кроме того, выход второго Пф2 соединен со вторым входом первого сумматора 3, выход которого соединен со вторым входом делителя 9, выход третьего Пф6 соединен со вторым входом второго вычитателя 11. При этом входы первого 1, второго 2 и третьего 6 Пф соединены и являются входом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Принятый широкополосный сигнал (и помеха) поступает на входы первого 1, второго 2 и третьего 6 Пф, идентичных по амплитудно-частотным характеристикам (АЧХ), причем δf≈ΔF, где

ΔF - ширина полосы частот каждого полосового фильтра;

δf - ширина полосы частот между центральными частотами смежных полосовых фильтров.

Центральный полосовой фильтр настроен на прием полезного сигнала и при наличии в нем помех их необходимо убрать.

На вход устройства поступает помеха в виде последовательности радиоимпульсов, возникающих в процессе перемножения принятого сигнала ПСП и опорного сигнала в перемножителе коррелятора, в котором снимается с сигнала модуляция ПСП и дальше производится фильтрация на промежуточной частоте. Следует особо подчеркнуть, что при таких условиях на все три фильтра возмущающее входное действие помех практически идентично, так как спектр от импульсов много шире, чем сумма полос и расстроек между фильтрами. Кроме того, учитывая кратковременность воздействия фронтов импульсов на фильтры (τ_ф<<1/ΔF), сильно упрощается вычисление интеграла Дюамеля и выражение для мгновенного значения помехи на выходе каждого фильтра определится:

Здесь М<N, где N равно дискретной длине ПСП.

Так как N содержит блоки с одинаковой фазой, то число таких блоков М<N;

- длительность элемента ПСП;

G(t)·cosωt - импульсная характеристика фильтра.

Выражение (1) примем как контрольное, а из комбинаций выражений (2) и (3) попытаемся получить выражение в конечном виде, похожее на выражение (1). Так как в этой комбинации не содержится сигнальной компоненты, то тогда используя результат этой комбинации, выражение (1) можно компенсировать.

Для получения нужного результата преобразуем выражения (2) и (3) соответственно:

Сложив и вычитая (4) и (5), получим после сложения:

после вычитания

Сравнивая (1) и (6), видим, что (6) отличается от (1) медленно осциллирующим множителем характеризующим набег фазы за счет расстройки между контурами.

Дальнейшими преобразованиями (6) и (7) можно найти требуемые компоненты для синтеза необходимого нам выражения. Для этого произведем выпрямление (6) и (7), чтобы исключить осциллирующие функции. После выпрямления (6) получим:

После выражения (7) получим:

Используя выражения (8) и (9), можно сформировать функцию По этой причине к блоку 8 поступают напряжения, описываемые выражениями (8) и (9), а с выхода блока 8 поступает значение функции:

Однако нам остается неизвестным нужный начальный знак этого выражения, поэтому такое обстоятельство необходимо учитывать в последующей конструкции предлагаемого устройства.

Теперь нетрудно, используя (6) и (11), найти значение, аналогичное (1).

Возьмем отношение (6) к (10), получим:

Однако нужный начальный знак (11) нам не известен.

По причине неизвестности начального знака суммы помех в (1) и (11) поступим следующим образом:

Сложив (1) и (11), получим:

Вычтем из (1) - (11), получим:

Правильным решением будет то, которое минимальное, то есть (12б).

В идеальном случае помеховая компонента должна свестись к нулю, то есть результат равен нулю, так как сигнал значительно меньше помехи, что и видно из (12б).

Таким образом показана принципиальная возможность при помощи двух вспомогательных фильтров компенсировать помеху в фильтре, в котором находится сигнал.

Изложенные здесь соображения позволяют представить структурную схему предлагаемого устройства, которая приведена на фиг. 2, где 1, 2, 6 - полосовые фильтры, полезный сигнал проходит через центральный фильтр 1, а боковые фильтры расстроены относительно центрального на ширину полосы (фиг. 3).

Остальные блоки выполняют следующие функции.

Блок 3 - первый сумматор суммирует сигналы с фильтра 6 и фильтра 2 согласно выражению (6).

Блок 5 - первый вычитатель - из (4) вычитает (5), в результате получим выражение (7).

Блок 4 - первый выпрямитель - выпрямляет сигнал, поступающий с выхода блока 3, в результате получим выражение (8).

Блок 7 - второй выпрямитель - выпрямляет сигнал, поступающий с выхода блока 5, в результате получим выражение (9).

В блоке 8 производится анализ сигналов, подаваемых с первого 4 и второго 7 выпрямителей, в результате чего можно сформировать

В блоке 9 - делитель - производится деление с выхода сумматора 3 на сигнал с выхода формирователя функции cos, в результате получаем выражение (11).

В блоке 10 - второй сумматор - производится суммирование сигнала с выхода основного фильтра 1 (центрального канала) с сигналом на выходе блока 9, в результате получаем выражение (12а).

В блоке 11 - второй вычитатель - производится из сигнала на выходе основного (центрального) фильтра 1 вычитание сигнала на выходе делителя 9, в результате получается сигнал, равный нулю согласно выражения (12б).

В блоке 12 - блок выбора минимума, в котором производится выбор минимального сигнала с выходов сумматора 10 и вычитателя 11. Выход блока 12 является выходом предлагаемого устройства.

Таким образом, используя два дополнительных фильтра, расстроенных на ±ΔF - на ширину полосы - показана возможность компенсировать мгновенные значения импульсных помех в основном канале.

По реализации блока 8 формирователя функции cos можно предложить следующий алгоритм, используя для этого выражения, полученные ранее, а именно, выпрямленные значения огибающих суммарного и разностного каналов (выражения (8) и (9) соответственно):

Возведем (1) и (2) в квадрат (блоки 8.1 и 8.2 соответственно) и, сложив (блок 8.3), получим:

Извлечем корень квадратный из (3) блок 8.4, получим:

Выражение (1) делим на (4) блок 8.5, получим:

В результате этого функциональная схема блока формирователя функции cos будет иметь вид, как показано на фиг. 4.

8.1, 8.2 - первый и второй квадраторы, возводят в квадрат входные сигналы (с выходов первого и второго выпрямителей);

8.3 - сумматор - суммируются сигналы с выходов первого и второго квадраторов;

8.4 - блок извлечения корня квадратного - извлекается корень квадратный из суммарного сигнала, в результате чего получаем огибающую сигнала, то есть:

8.5 - делитель - производится деление (1) на (4), в результате получим (5), этот сигнал изображен на фиг. 5б;

8.6 - временной селектор - получаем из сигнала фиг. 5а сигнал, изображенный на фиг. 5б.

Формула изобретения

Устройство подавлении помех методом компенсации, содержащее первый вычитатель и первый полосовой фильтр, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные второй полосовой фильтр, второй вычитатель и второй выпрямитель, последовательно соединенные третий полосовой фильтр, первый сумматор, первый выпрямитель, формирователь функции cоs и делитель, а также последовательно соединенные второй сумматор и блок выбора минимума, выход которого является выходом устройства, при этом входы первого, второго и третьего полосовых фильтров соединены и являются входом устройства, выход первого полосового фильтра соединен со входами второго сумматора и первого вычитателя, выход которого соединен со вторым входом блока выбора минимума, выход второго полосового фильтра соединен со вторым входом первого сумматора, выход третьего полосового фильтра соединен со вторым входом второго вычитателя, выход второго выпрямителя соединен со вторым входом формирователя функции cоs, выход первого сумматора соединен со вторым входом делителя, выход которого соединен со вторыми входами второго сумматора и первого вычитателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5