Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами (ШПС). Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости радиоприема за счет оптимального выбора энергетического уровня участка спектра ШПС, на котором осуществляется подавление узкополосной помехи. В качестве показателя помехоустойчивости предлагается использовать отношение коэффициента взаимной корреляции (КВК) искаженного и эталонного сигналов и КВК помехи и сигнала. Результат достигается введением в известное устройство для определения пораженного помехой спектра сигнала кнопки "Пуск", RS-триггера, блока частотной перестройки, детектора, схемы сравнения, первого сумматора, двух квадраторов, второго сумматора, измерителя мощности, нормирующего блока, преобразователя, формирователя стробирующих импульсов, генератора импульсов, переключателя, регистра памяти, блока деления, линии задержки, компаратора и регулятора. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами (ШПС).

Известно устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов (по патенту РФ №2034403, кл. Н 04 В 1/10, Н 04 L 7/02, опубл. 30.04.95, бюл. №12), содержащее два вычитателя, два перемножителя, два полосовых фильтра, два усилителя, генератор копий сигналов, фазовращатель и детектор АРУ.

Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость радиоприема в условиях внешних помех и внутренних искажений сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению относится устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов (по патенту РФ №2034402, кл. Н 04 В 1/10, Н 04 L 7/02, опубл. 30.04.95, бюл. №12), содержащее полосовой фильтр, синхронный фильтр, ограничитель, устройство с регулируемым коэффициентом передачи, генератор копий сигналов, два перемножителя, фазовращатель и два вычитателя.

Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость радиоприема, так как подавление помехи в полосе спектра сигнала осуществляется без учета степени искажения сигнала.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение помехоустойчивости радиоприема за счет оптимального выбора энергетического уровня участка спектра широкополосного сигнала, на котором осуществляется подавление узкополосной помехи.

Взаимодействие сигнала и помехи в частотно-временной области оценивается с помощью коэффициента взаимной корреляции (КВК) искаженного и эталонного сигналов g, а искажения сигнала, неизбежно возникающие при принятии мер по подавлению помехи в тракте приема, - с помощью коэффициента взаимной корреляции помехи и эталонного сигнала λ. Аналитически данные коэффициенты взаимной корреляции определяются выражениями

где S_И(t) - аналитическое описание искаженного в измерительном тракте сигнала; S_Э(t) - аналитическое описание эталонного (опорного) сигнала; - функция, сопряженная по Гильберту с S_Э(t) (соответствует фазовому сдвигу сигнала на 90° по отношению к исходному); S_П(t) - аналитическое описание помехи; Т - период эталонного сигнала; r_H - нормирующий коэффициент, обеспечивающий равенство g=1 (λ=1) при полном совпадении спектров искаженного сигнала (помехи) и эталонного сигнала.

В качестве комплексного показателя степени защищенности сигнала от помех (с учетом эффективности принимаемых мер по подавлению помех) предлагается использовать отношение указанных коэффициентов, т.е.

Чем больше воздействие помехи на сигнал, тем больше значение коэффициента λ, а следовательно, меньше значение комплексного показателя Ξ. Подавление помехи в спектре сигнала приводит к уменьшению как знаменателя, так и числителя в выражении для Ξ, так как при этом растет отличие между искаженным и эталонным (опорным) сигналами. Таким образом, предлагаемый показатель позволяет оценить не только защищенность сигнала от помех, но и учесть побочный эффект от принимаемой меры борьбы с помехами.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство для определения пораженного помехой спектра сигнала к имеющимся полосовому фильтру, синхронному фильтру и ограничителю дополнительно введены кнопка “Пуск”, RS-триггер, блок частотной перестройки, детектор, схема сравнения и первый сумматор, для оценки комплексного показателя помехоустойчивости радиоприема к имеющимся генератору копий сигнала, двум перемножителям и фазовращателю дополнительно введены два интегратора, два квадратора, второй сумматор, измеритель мощности, нормирующий блок, преобразователь, формирователь стробирующих импульсов, генератор импульсов, переключатель, регистр памяти и блок деления, а для оптимизации уровня подавляемой помехи в спектре сигнала к имеющемуся устройству с регулируемым коэффициентом передачи дополнительно введены линия задержки, компаратор и регулятор.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства. Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов содержит кнопку 1 “Пуск”, RS-триггер 2, блок 3 частотной перестройки, полосовой фильтр 4, синхронный фильтр 5, схему 6 сравнения, детектор 7, ограничитель 8, первый сумматор 9, устройство 10 с регулируемым коэффициентом передачи, генератор 11 импульсов, переключатель 12 в составе двух ключей, первый и второй перемножители 13 и 14, преобразователь 15, регистр 16 памяти, генератор 17 копий сигналов, фазовращатель 18, первый и второй интеграторы 19 и 20, первый и второй квадраторы 21 и 22, второй сумматор 23, нормирующий блок 24, измеритель 25 мощности, формирователь 26 стробирующих импульсов, блок 27 деления, линию 28 задержки, компаратор 29 и регулятор 30.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии кнопки 1 “Пуск” напряжение посылается на R вход RS-триггера 2, устанавливая его в состояние логической “1”. Напряжение с прямого выхода RS-триггера запускает блок 3 частотной перестройки, который обеспечивает сканирование полосового фильтра 4 и синхронного с ним режекторного фильтра 5 в частотном диапазоне спектра принимаемого широкополосного сигнала.

Выходное напряжение узкополосного полосового фильтра 4 поступает на первый вход схемы 6 сравнения, на второй вход которой с выхода детектора 7 подается продетектированное напряжение всего широкополосного сигнала, поступающего на вход устройства, но с ограниченным в ограничителе 8 уровнем.

При настройке полосового фильтра 4 на частоту мощной узкополосной помехи, уровень которой значительно превышает средний уровень сигнала на выходе детектора 7, с выхода схемы 6 сравнения поступит сигнал на второй вход блока 3 частотной перестройки для его блокировки и на S вход RS-триггера 2, перебрасывая его в состояние логического “0”. Блок 3 частотной перестройки обеспечивает удержание настройки фильтров 4 и 5 на частоте помехи.

При этом с выхода синхронного фильтра 5 на первый вход первого сумматора 9 поступает сигнал с “вырезанным” (режектируемым) участком спектра, пораженным помехой. Выделенный участок спектра сигнала с помехой с выхода полосового фильтра 4 подается через устройство 10 с регулируемым коэффициентом передачи на второй вход первого сумматора 9. С выхода первого сумматора 9 на выход всего устройства поступает широкополосный сигнал с регулируемым энергетическим уровнем на участке спектра, пораженного помехой.

Выбор оптимального уровня составляющей спектра ШПС осуществляется на втором этапе работы устройства следующим образом. Напряжение положительной полярности с инверсного выхода RS-триггера 2 подается на вход генератора 11 импульсов, формирующего прямоугольные разнополярные импульсы со скважностью, равной 2. В течение длительности импульса положительной полярности обеспечивается измерение КВК помехи и сигнала λ, а в течение длительности импульса отрицательной полярности - измерение КВК искаженного и эталонного сигналов g.

Импульс положительной полярности с генератора 11, поступая на переключатель 12, содержащим два ключа, обеспечивает с помощью первого ключа соединение выхода блока 10 с регулируемым коэффициентом передачи к вторым входам перемножителей 13 и 14, а с помощью второго ключа переключателя 12 - соединение выхода преобразователя 15 с входом регистра 16 памяти.

Таким образом, на вторые входы перемножителей 13 и 14 подается помеха S_П(t), уровень которой регулируется устройством 10, а на первые входы обоих перемножителей поступает эталонный сигнал S_Э(t) с выхода генератора 17 копий сигнала, причем на первый перемножитель 13 - непосредственно, а на второй перемножитель 14 - через фазовращатель 18, который осуществляет формирование сигнала сопряженного по Гильберту с эталонным сигналом S_Э(t).

Результаты перемножения сигналов с выходов перемножителей 13 и 14 поступают на информационные входы соответствующих интеграторов 19 и 20. После интегрирования в течение времени, равного длительности t∈[0, T], выходные сигналы интеграторов 19 и 20 поступают через квадраторы 21 и 22 на соответствующие входы второго сумматора 23.

Сигнал, подаваемый с выхода сумматора 23 на первый вход блока 24, нормируется к уровню мощности эталонного сигнала, измеренного в измерителе мощности 25, вход которого подключен к выходу генератора копий сигналов 17. С выхода нормирующего блока 24 сигнал подается на информационный вход преобразователя 15, на управляющий вход которого подаются импульсы с первого выхода формирователя 26 стробирующих импульсов.

Вход формирователя 26 стробирующих импульсов подключен к инверсному выходу RS-триггера 2.

Сигнал результата измерения КВК λ помехи и сигнала, описываемого выражением (1) в преобразователе 15, преобразуется в цифровую форму и через замкнутые контакты переключателя 12 поступает в регистр 16 памяти значения КВК помехи и сигнала. Стробирующий импульс с второго выхода формирователя 26 поступает на управляющие входы интеграторов 19 и 20 для сброса их в нулевое состояние.

На следующем этапе работы устройства после окончания длительности импульса положительной полярности, формируемого генератором 11, на его выходе появляется отрицательный импульс, подаваемый на переключатель 12. При этом в переключателе 12 первый ключ обеспечивает подключение выхода первого сумматора 9 к вторым входам переключателей 13 и 14, а второй ключ - выхода преобразователя 15 к входу блока 27 деления.

Принимаемый широкополосный сигнал S_И(t) на выходе первого сумматора 9 будет искаженным вследствие режекции участков спектра в диапазонах частот, на которых присутствуют сосредоточенные помехи, и замены данного участка составляющей спектра с регулируемым в устройстве 10 уровнем.

Искаженный сигнал S_И(t) с выхода первого сумматора 9 поступает на вторые входы перемножителей 13 и 14, на первые входы которых подается эталонный сигнал S_Э(t) с генератора 17: на перемножитель 13 - непосредственно; на перемножитель 14 - через фазовращатель 18. Далее, по аналогии с первым этапом работы устройства, результаты перемножения сигналов S_И(t)·S_Э(t) и с выходов перемножителей 13 и 14 поступают на информационные входы соответствующих интеграторов 19 и 20, затем - квадраторов 21 и 22, после чего - на входы второго сумматора 23. С выхода последнего суммарный сигнал, пройдя через нормирующий блок 24, является результатом измерения коэффициента взаимной корреляции g искаженного и эталонного сигналов, описываемого выражением (2).

Данный результат измерения КВК g преобразуется в блоке 15 в цифровую форму и через замкнутые элементы второго ключа переключателя 12 поступает на второй вход (вход числителя) блока 27 деления, на первый вход (вход знаменателя) которого подается информация с выхода регистра 16 памяти значения КВК λ помехи и сигнала.

Результаты j-x измерений отношений коэффициентов Ξ_j=g_j/λ_j, являющиеся показателем степени защищенности сигнала от помех, используются для последовательного оптимального корректирования уровня составляющей спектра сигнала, пораженной сосредоточенной помехой. С этой целью результат измерения Ξ_j с выхода блока 27 деления подается через линию 28 задержки на первый вход компаратора 29, а на второй вход компаратора 29 - непосредственно с блока 27 деления. Компаратор 29 сравнивает текущее значение результата измерения показателя Ξ, поступившее на второй вход, со значением показателя Ξ_j-1, измеренном на предыдущем периоде генератора 11 и поступившем с задержкой на первый вход компаратора 29.

В случае, если Ξ_j>Ξ_j-1, то с первого выхода компаратора 29 на первый информационный вход регулятора 30 поступит сигнал, с помощью которого регулятор 30 осуществляет управление снижением уровня суммы “сигнал+помеха” в устройстве 10. Если Ξ_j<Ξ_j-1, то с второго выхода компаратора 29 на второй информационный вход регулятора 30 поступает сигнал, обеспечивающий такое управление устройством 10, при котором восстанавливается предыдущий уровень смеси (суммы) “сигнал+помеха” в спектре широкополосного сигнала. Если Ξ_j=Ξ_j-1, то на обоих выходах компаратора 29 присутствуют сигналы, предотвращающие изменение состояния устройства 10 регулятором 30.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет не только подавить помеху в спектре широкополосного сигнала, но и учесть возникающие при этом искажения спектра сигнала. Это позволяет оптимизировать уровень подавляемой смеси “помеха+сигнал” в пределах участка спектра ШПС по критерию максимальной помехоустойчивости радиоприема.

Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее ограничитель, полосовой фильтр, синхронный фильтр, устройство с регулируемым коэффициентом передачи, последовательно соединенные генератор копий сигналов и первый перемножитель, последовательно соединенные фазовращатель и второй перемножитель, отличающееся тем, что дополнительно введены кнопка "Пуск", RS-триггер и блок частотной перестройки, выход которого подключен к управляющим входам полосового и синхронного фильтров, информационные входы которых объединены с входом ограничителя и являются входом всего устройства, первый сумматор, первый вход которого подключен к выходу синхронного фильтра, а второй вход второго сумматора - к выходу устройства с регулируемым коэффициентом передачи, информационный вход которого подключен к выходу полосового фильтра, детектор, вход которого подключен к выходу ограничителя, схема сравнения, первый вход которой подключен к выходу полосового фильтра, а второй выход схемы сравнения - к выходу детектора, выход схемы сравнения подключен к второму входу блока частотной перестройки и S входу RS-триггера, генератор импульсов, вход которого подключен к инверсному выходу RS-триггера, переключатель, содержащий два ключа, управляющий вход которого подключен к выходу генератора импульсов, последовательно соединенные первый интегратор, первый квадратор, второй сумматор, нормирующий блок, стробирующий блок и преобразователь, последовательно соединенные второй интегратор и второй квадратор, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, последовательно соединенные регистр памяти, блок деления, линия задержки, компаратор и регулятор, выход которого подключен к управляющему входу устройства с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен с первым входом первого ключа в составе переключателя, второй вход первого ключа переключателя соединен с выходом первого сумматора, а выход первого ключа переключателя соединен с вторыми входами обоих перемножителей, выходы которых подключены к информационным входам соответствующих интеграторов, вход второго ключа в составе переключателя соединен с выходом преобразователя, первый вход второго ключа переключателя соединен с входом регистра памяти, второй вход ключа переключателя соединен с вторым входом блока деления, выход которого соединен с первым входом компаратора через линию задержки и с вторым входом компаратора непосредственно, первый и второй выходы компаратора подключены к соответствующим входам регулятора, измеритель мощности, вход которого соединен с выходом генератора копий сигналов, а выход измерителя мощности подключен к второму входу нормирующего блока, формирователь стробирующих импульсов, вход которого соединен с инверсным выходом RS-триггера, а выходы формирователя стробирующих импульсов подключены: первый выход - к управляющему входу стробирующего блока, второй выход - к управляющему входу преобразователя, третий выход - к управляющим входам обоих интеграторов, а вход фазовращателя подключен к выходу генератора копий сигнала.