Адаптивный компенсатор помех
Владельцы патента RU 2276834:
Федеральное государственное унитарное предприятие Тамбовский НИИ радиотехники "ЭФИР" (RU)
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в приемных устройствах. Технический результат - увеличение коэффициента подавления помехи, за счет чего обеспечивается помехозащищенности радиолиний, использующих адаптивный компенсатор помех. Компенсатор помех содержит последовательно соединенные первый нормирующий усилитель, второй сумматор, третий нормирующий усилитель, первый квадратурный фильтр, сумматор, выход которого соединен с выходом устройства, с входом вычитателя, с входом амплитудного ограничителя, выход которого соединен с неинвертирующим входом вычитателя через фазовращатель, включенный в цепь формирования эталонного колебания, выход вычитателя соединен с основными входами первого и второго квадратурных фильтров через усилитель, включенный в цепь обратной связи петли корреляционной обратной связи, второй нормирующий усилитель соединен с входом второго квадратурного фильтра, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и с входом третьего квадратурного фильтра, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, второй вход квадратурного фильтра соединен через усилитель-инвертор с выходом сумматора. 2 ил.
Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к технике приема радиосигналов.
Известно устройство защиты от помех по а.с. №1419485, Н 04 В 7/02 (1), однако это техническое решение не обеспечивает высокой степени помехозащищенности.
Прототипом предлагаемого устройства является адаптивный компенсатор помех по патенту 2115233, Н 04 В 1/10 (2).
Прототип содержит в своем составе два нормирующих усилителя, автокомпенсатор-ортогонализатор, состоящий из сумматора, квадратурного фильтра и инвертирующего усилителя, третий нормирующий усилитель, базовую часть схемы (блок выделения), представляющую собой петлю корреляционной обратной связи (КОС) с эталонным колебанием, реализующую алгоритм МСКО и формирователь эталонного колебания в виде амплитудного ограничителя.
Назначение входных нормирующих усилителей состоит в стабилизации мощности входных колебаний ортогонализатора, для стабилизации инерционности (т.е. эквивалентной полосы пропускания квадратурного фильтра) ортогонализатора.
Ортогонализатор осуществляет предварительную обработку входных колебаний (смесей сигнал плюс помеха) с целью получения на входах блока выделения некоррелированых (ортогональных) процессов. Одновременно ортогонализатор осуществляет инверсию отношения сигнал/помеха на своем выходе по отношению к значению отношения сигнал/помеха на первом входе.
Третий нормирующий усилитель обеспечивает стабилизацию уровня ортогонализированного процесса, что необходимо для стабилизации инерционности (эквивалентной полосы пропускания квадратурного фильтра в петле КОС) по второму входу блока выделения.
Блок выделения осуществляет выделение полезного компонента из принимаемых колебаний (смесей сигнал плюс помеха) и включает в себя два квадратурных фильтра, на опорные входы которых поданы ортогональные процессы (смеси сигнал плюс помеха), сумматор выходных колебаний квадратурных фильтров и вычитатель выходного колебания петли КОС из эталонного колебания.
Сигнал ошибки, сформированный вычитателем, подается на входы квадратурных фильтров с целью вычисления весовых коэффициентов.
Формирование эталонного колебания производится с помощью амплитудного ограничителя, т.е. устройства, реализующего в идеальном случае функцию и обладающего, как известно, свойством подавлять слабое колебание (изменять соотношение сигнал/помеха).
Указанное устройство обладает следующими недостатками:
1) из-за наличия паразитного фазового набега в цепи амплитудного ограничителя снижается коэффициент подавления помехи (т.е. помехозащищенность) блока выделения;
2) отсутствие усиления в петле КОС устройства-прототипа не обеспечивает достаточной для практики степени подавления помехи.
Целью настоящего изобретения является повышение помехозащищенности радиолиний, использующих адаптивный компенсатор помех, за счет увеличения коэффициента подавления помехи.
Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный компенсатор помех, содержащий последовательно соединенные первый нормирующий усилитель, вход которого является первым входом устройства, первый сумматор, второй нормирующий усилитель, первый квадратурный фильтр, второй сумматор, выход которого соединен с выходом устройства, инвертирующим входом вычитателя, и входом амплитудного ограничителя, и последовательно соединенные третий нормирующий усилитель, вход которого является вторым входом устройства, а выход соединен с опорным входом второго квадратурного фильтра, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, и третий квадратурный фильтр, второй вход которого через усилитель-инвертор подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен со вторым входом первого сумматора дополнительно введены фазовращатель, подключенный между выходом аммлитудного ограничителя и вторым входом вычитателя, и усилитель, вход которого соединен с выходом вычитателя, а выход - со вторыми входами первого и третьего квадратурных фильтров.
На фиг.1 приведена структурная схема устройства.
Устройство содержит
1 - первый нормирующий усилитель
2 - первый сумматор
3 - второй нормирующий усилитель
4 - первый квадратурный фильтр
5 - второй сумматор
6 - вычитатель
7 - амплитудный ограничитель
8 - третий нормирующий усилитель
9 - второй квадратурный фильтр
10 - третий квадратурный фильтр
11 - усилитель-инвертор
12 - фазовращатель
13 - усилитель
Устройство работает следующим образом.
Смеси сигнала и помехи с выходов радиоприемников, подключенных к разнесенным в пространстве антеннам, поступают на два входа устройства. С помощью нормирующих усилителей 1 и 8 уровни смесей доводятся до стандартного уровня (определяемого параметрами квадратурного фильтра).
Сумматор 2, квадратурный фильтр 10, усилитель-инвертор 11 образуют автокомпенсатор-ортогонализатор. Это устройство названо ортогонализатором, поскольку производит обработку таким образом, что выходное колебание оказывается некоррелированым (ортогональным) с колебанием на опорном входе (подключенном к выходу нормирующего усилителя 8).
Стоит заметить, что для компенсации необходимо, чтобы одноименные компоненты входных смесей были максимально коррелированы, а корреляция между сигналом и помехой незначительна, а это практически всегда выполняется вследствие раличных законов модуляции сигнала и помехи.
Кроме того, ортогонализатор инвертирует отношение сигнал/помеха по сравнению с отношением на его опорном входе, т.е. если на входе квадратурного фильтра 9 помеха превышает сигнал, то на входе квадратурного фильтра 4 сигнал превысит помеху.
Нормирующий усилитель 3 приводит уровень смеси на входе квадратурного фильтра 4 к стандартному для выравнивания эквивалентных постоянных времени квадратурных фильтров 4 и 9, работающих в петле КОС блока выделения.
Блок выделения, включающий в себя квадратурные фильтры 4 и 9, сумматор 5, усилитель 13, вычитатель 6, амплитудный ограничитель 7, фазовращатель 12, представляет собой петлю корреляционной отрицательной обратной связи (КОС), которая обеспечивает на выходе сумматора 5 (выходе устройства) выделение компонента, максимально коррелированного с колебанием, поданным на вход вычитателя 6 (т.н. эталонным сигналом). Формирование эталонного сигнала осуществляет амплитудный ограничитель 6.
Выходное колебание сумматора 5 представляет собой результат суммирования выходных сигналов квадратурных фильтров 4 и 9. Петля КОС, работающая в соответствии с алгоритмом МСКО, устанавливает в своей "нулевой точке" (выходе вычитателя 6) минимум мощности (сигнал ошибки) и на выходе сумматора 5 выделяется один из компонентов и остаток другого компонента. Степень подавления этого остатка (т.е. выходное отношение сигнал/помеха) определяется усилением в петле КОС, что и объясняет применение усилителя 13, включенного между выходом вычитателя 6 и входами квадратурных фильтров 4 и 9. Для нормальной работы петли КОС сдвиг фаз выделяемого компонента на входах вычитателя 6 должен быть равен нулю или близок к этому значению. Реальный ограничитель всегда вносит некоторый паразитный фазовый сдвиг, из-за чего петля КОС постоянно подстраивает весовые коэффициенты, пытаясь выбрать эту разницу фаз. В результате весовые коэффициенты изменяются с некоторой низкой частотой, жестко связанной с упомянутым выше фазовым сдвигом. Вследствие этого частота выходных колебаний блока выделения оказывается отличной от частоты выделяемого компонента на входах блока выделения. Такое смещение частоты снижает коэффициент подавления нежелательного компонента и эквивалентно смещению частот на входах автокомпенсатора (элементы 2, 10, 11).
Зависимость коэффициента подавления автокомпенсатора от расстройки частот на входах приведена на фиг.2, где
q - коэффициент подавления [дБ];
ω - частотная расстройка;
ωс - частота среза эквивалентного ФНЧ (в замкнутой петле КОС).
Из графика фиг.2 видно, что при исходном коэффициенте подавления q=40 дБ (при нулевой расстройке и коэффициенте усиления в петле КОС к=100) уменьшение подавления на 20 дБ происходит уже при расстройке, равной 0,1 от частоты среза.
Кроме того, наличие частотного сдвига входных и выходных колебаний приводит к появлению в спектре весового коэффициента и в спектре выходных колебаний блока выделения паразитных компонентов высших порядков, которые дополнительно ухудшают отношение сигнал/помеха плюс шум выходного колебания.
Для устранения паразитного набега фазы в схему введен фазовращатель 12, с помощью которого устанавливают нулевой или близкий к этому значению фазовый сдвиг между входами вычитателя 6.
При устранении упомянутого паразитного фазового набега частотная расстройка входных и выходных колебаний исчезает, коэффициент подавления мешающего компонента возрастает, уровень паразитных компонентов уменьшается.
В результате безошибочное выделение полезного компонента происходит при больших превышениях помеха/сигнал, т.е. повышается помехозащищенность радиолинии.
Перечень чертежей
1. Фигура 1 - структурная схема адаптивного компенсатора помех.
2. Фигура 2 - зависимость коэффициента подавления от частотной расстройки.
Литература
1. Авт.свид. CCCP № 1419485, кл. Н 04 В 7/02, 1/12. Устройство защиты от помех при сдвоенном приеме радиосигналов, 1986 г.
2. Патент РФ № 2115233, кл. Н 04 В 1/10. Адаптивный компенсатор помех, 1998 г.
Адаптивный компенсатор помех, содержащий последовательно соединенные первый нормирующий усилитель, вход которого является первым входом устройства, первый сумматор, второй нормирующий усилитель, первый квадратурный фильтр, второй сумматор, выход которого соединен с выходом устройства, с инвертирующим входом вычитателя и входом амплитудного ограничителя, и последовательно соединенные третий нормирующий усилитель, вход которого является вторым входом устройства, а выход соединен с опорным входом второго квадратурного фильтра, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, и третий квадратурный фильтр, основной вход которого через усилитель-инвертор подключен к выходу первого сумматора, а выход соединен со вторым входом первого сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, выход амплитудного ограничителя подключен к неинвертирующему входу вычитателя через фазовращатель, а выход вычитателя через усилитель подключен к основным входам первого и второго квадратурных фильтров.
