Устройство для подавления комплекса помех

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в составе радиоприемных устройств различного назначения. Технический результат - возможность анализа смеси полезного сигнала с помехами одновременно во временной и частотной областях, что позволяет значительно сократить количество однотипных блоков. Для этого в известное устройство, содержащее широкополосный тракт, управляющий элемент и блок выделения помехи, введены вейвлет-преобразователь, обратный вейвлет-преобразователь и генератор тактовых импульсов, причем управляющий элемент выполнен многоканальным и в него введены первая и вторая группы входов и группа выходов, блок выделения помехи выполнен также многоканальным и в него введены группа входов и группа выходов. 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в составе радиоприемных устройств различного назначения.

Известно устройство защиты от помех, например по а.с. 1084995, содержащее широкополосный фильтр, усилитель, ограничитель, узкополосный фильтр, дополнительный ограничитель, фильтр нечетной гармоники, фильтр с отсечкой по минимуму и регистратор.

Известно также устройство подавления узкополосных и импульсных помех по а.с. 1243134, содержащее входной полосовой фильтр, элемент задержки, три вычитателя, фазовый коррелятор, узкополосный фильтр и нелинейный преобразователь сигнала.

Существенным недостатком этих устройств является недостаточно эффективное подавление помех.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство подавления помех, приведенное в журнале "Радиотехника", 1978 г., т.33, №6, стр.4, рис.2, принятое за прототип.

Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где введены следующие обозначения:

1 - широкополосный тракт;

2, 6 и 8 - первый, второй и третий управляющие элементы (ограничители или ключи);

3, 9 и 10 - первый, второй и третий блоки выделения помехи (пороговые устройства);

4 - узкополосный тракт;

5 - блок прямого преобразования Фурье;

7 - блок обратного преобразования Фурье.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные широкополосный тракт 1, вход которого является входом устройства, первый управляющий элемент 2, блок прямого преобразования Фурье 5, второй управляющий элемент 6, блок обратного преобразования Фурье 7, третий управляющий элемент 8 и узкополосный тракт 4, выход которого является выходом устройства. Кроме того, выход широкополосного тракта 1 через первый блок выделения помехи 3 соединен со вторым входом первого управляющего элемента 2, выход блока прямого преобразования Фурье 5 через второй блок выделения помехи 9 соединен со вторым входом второго управляющего элемента 6, а выход блока обратного преобразования Фурье 7 через третий блок выделения помехи 10 соединен со вторым входом третьего управляющего элемента 8.

Устройство-прототип работает следующим образом.

На вход устройства поступает смесь полезного сигнала, белого шума, а также узкополосные и импульсные помехи.

Входной сигнал поступает на сопряженный с импульсной помехой широкополосный тракт 1, с выхода которого сигнал одновременно поступает на первый вход первого управляющего элемента 2 и вход первого блока выделения помехи 3. С выхода первого блока выделения помехи 3 сигнал управления поступает на второй вход первого управляющего элемента 2, с выхода которого сигнал с подавленной импульсной помехой поступает на вход блока прямого преобразования Фурье 5, где проводится преобразование сигнала из временной области в частотную. С выхода блока прямого преобразования Фурье 5 сигнал одновременно поступает на первый вход второго управляющего элемента 6 и вход второго блока выделения помехи 9, с выхода которого сигнал управления поступает на второй вход второго управляющего элемента 6, с выхода которого сигнал с подавленной узкополосной помехой поступает на вход блока обратного преобразования Фурье 7, где проводится преобразование сигнала из частотной области во временную. С выхода блока 7 сигнал поступает на первый вход третьего управляющего элемента 8 и вход третьего блока выделения помехи 10, с выхода которого сигнал с подавленной импульсной помехой (возникшей после подавления узкополосной помехи как побочный эффект), через узкополосный тракт 4, согласованный с полезным сигналом, поступает на выход устройства.

Устройство-прототип имеет существенный недостаток. Дело в том, что узкополосная и импульсная помехи являются дуальными относительно преобразования Фурье. Узкополосная помеха описывается в частотной области, а импульсная помеха - во временной области. Поэтому при подавлении импульсной помехи во временной области возникают узкополосные помехи, а при подавлении узкополосной помехи возникают дополнительные импульсные помехи. Оптимальным в этом случае является многократное последовательное подавление узкополосных и импульсных помех, для чего устанавливают несколько последовательно соединенных звеньев для подавления СПВ (сосредоточенных по времени помех) и СПЧ (сосредоточенных по частоте помех), что намного усложняет реализацию устройства-прототипа.

Для устранения указанного недостатка в устройство для подавления комплекса помех, содержащее широкополосный тракт, вход которого является входом устройства, управляющий элемент и блок выделения помехи, согласно изобретению, введены вейвлет-преобразователь, обратный вейвлет-преобразователь и генератор тактовых импульсов, причем управляющий элемент выполнен многоканальным и в нем введены первая и вторая группы входов и группа выходов, блок выделения помехи выполнен также многоканальным и в нем введены группа входов и группа выходов; при этом выход широкополосного тракта соединен с первым, сигнальным входом вейвлет-преобразователя, второй, синхронизирующий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов; группа выходов вейвлет-преобразователя шиной соединена с первой группой входов управляющего элемента и группой входов блока выделения помехи, группа выходов которого шиной соединена со второй группой входов управляющего элемента, группа выходов которого шиной соединена с группой входов обратного вейвлет-преобразователя, выход которого является выходом устройства.

На фиг.2. приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены обозначения:

1 - широкополосный тракт;

2 - управляющий элемент;

3 - блок выделения помехи;

4 - вейвлет-преобразователь;

5 - обратный вейвлет-преобразователь;

6 - генератор тактовых импульсов.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные широкополосный тракт 1, вход которого является входом устройства, и вейвлет-преобразователь 4, группа выходов которого шиной соединена с первой группой входов управляющего элемента 2, группа выходов которого шиной соединена с группой входов обратного вейвлет-преобразователя 5, выход которого является выходом устройства. Кроме того, группа выходов вейвлет-преобразователя 4 шиной соединена с группой входов блока выделения помехи 3, группа выходов которого шиной соединена со второй группой входов управляющего элемента 2. Выход генератора тактовых импульсов 6 соединен со вторым, синхронизирующим входом вейвлет-преобразователя 4.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Для анализа сигналов различной природы в предлагаемом устройстве используется вейвлет-преобразование (см. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения. - Москва, "Успехи физических наук", том.166, №11, ноябрь 1996 г.). Вейвлет-преобразование, обладающее подвижным частотно-временным окном, одинаково хорошо выявляет и низкочастотные, и высокочастотные характеристики сигналов.

Входной сигнал с шумами, импульсными и узкополосными помехами поступает на вход широкополосного тракта 1, сопряженного (согласованного) с импульсной помехой.

С выхода широкополосного тракта 1 сигнал с ограниченным по полосе шумом поступает на первый, сигнальный вход вейвлет-преобразователя 4, на второй, синхронизирующий вход которого поступают импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 6. В вейвлет-преобразователе 4 временной сигнал преобразовывается в двумерный вейвлет-спектр, (n·m) составляющих которого с группы выходов шиной подаются одновременно на первую группу входов управляющего элемента 2 и группу входов блока выделения помехи 3. Блок выделения помехи 3, выполненный в виде многоканального порогового устройства с одним общим порогом, формирует управляющие сигналы для составляющих вейвлет-спектра. Если суммарное напряжение сигнала и помехи превышает уровень порога, то на соответствующем выходе блока 3 формируется сигнал лог. "1", а если не превышает - то уровень лог. "0". Двоичные сигналы с группы выходов блока 3 (n·m)-разрядной шиной подаются на вторую группу входов управляющего элемента 2, который может быть выполнен в виде управляемого ключа. Каждый из (n·m) управляющих сигналов соответствует составляющей вейвлет-спектра. Если управляющий сигнал уровня лог. "0", то соответствующая составляющая вейвлет-спектра проходит на соответствующий выход управляющего элемента без изменения. А если управляющий сигнал уровня лог. "1", то соответствующая составляющая вейвлет-спектра режектируется.

Таким образом, на группе выходов управляющего элемента 2 формируется преобразованный спектр сигнала с вырезанными спектральными составляющими и подается на группу входов обратного вейвлет-преобразователя 5, где производится преобразование вейвлет-спектра во временной сигнал. С выхода обратного вейвлет-преобразователя 5 сигнал с подавленными импульсными импульсными и узкополосными помехами подается на выход устройства.

Вейвлет-преобразователь 4 может быть реализован согласно функциональной схеме, представленной на фиг.3, где введены следующие обозначения:

41₁...41_n - с первого по n-й полосовые фильтры;

42_1.1...42_n.m - c первого по (n m)-й временные селекторы;

43 - дешифратор;

44 - счетчик.

Вейвлет-преобразователь 4 содержит n полосовых фильтров 41₁-41_n, объединенные входы которых соединены с первым, сигнальным входом вейвлет-преобразователя 4. Кроме того, содержит (n·m) временных селекторов 42_1.1-42_n.m, образующих n групп по m временных селекторов в каждой. Выход каждого из n полосовых фильтров 41₁-41_n подключен к объединенным сигнальным входам m временных селекторов соответствующей группы. Синхронизирующий вход вейвлет-преобразователя 4 является входом счетчика 44, группа выходов которого шиной соединена с группой входов дешифратора 43. Управляющие входы каждого из временных селекторов одной группы объединены с управляющими входами соответствующих временных селекторов других групп. Выходы (n·m) временных селекторов 42_1.1-42_n.m образуют группу выходов, которая является группой выходов вейвлет-преобразователя 4.

Вейвлет-преобразователь 4 работает следующим образом.

С блока 1 входной сигнал с полосой частот ΔF поступает на входы n полосовых фильтров 41₁-41_n, полоса частот каждого из которых ΔF/n. С выхода каждого из n полосовых фильтров 41₁-41_n отфильтрованный сигнал поступает на m временных селекторов соответствующей группы. Каждый из (n·m) временных селекторов 42_1.1-42_n.m - это управляемый "ключ", который под действием управляющего сигнала открывается и пропускает сигнал в течение интервала времени от t_i до (t_i+Δt), где i=1,..., m. Причем число m - количество временных интервалов в одной частотной полосе, равняется количеству выходов дешифратора 43, состояния которых формируются следующим образом. С блока 6 синхроимпульсы подаются на вход счетчика 44, настроенного на число x=log₂m. С группы выходов счетчика 44 число х в двоичном коде шиной подается на группу входов дешифратора 43.

Для примера, соответствие между входами (х=3) и выходами (m=8) дешифратора 43 можно представить в виде таблицы:

Входы	Выходы
X1	Х2	X3	У1	У2	У3	У4	У5	У6	У7	У8
0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0
0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1

Следовательно, выходные сигналы (n·m) временных селекторов 42_1.1-42_n.m представляют собой (n·m) отсчетов двумерного вейвлет-спектра, которые с группы выходов блока 4 шиной подаются на блок 2.

В качестве обратного вейвлет-преобразователя можно использовать сумматор.

Реализация остальных блоков заявляемого устройства также не вызывает никаких затруднений, так как описания их широко опубликованы в технической литературе.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для анализа принимаемого сигнала использованы вейвлет-преобратель и обратный вейвлет-преобразователь, что позволяет анализировать смесь полезного сигнала с помехами одновременно во временной и частотной областях и, следовательно, позволяет значительно сократить количество однотипных блоков.

Устройство для подавления комплекса помех, содержащее широкополосный тракт, вход которого является входом устройства, управляющий элемент и блок выделения помехи, отличающееся тем, что введены вейвлет-преобразователь, обратный вейвлет-преобразователь и генератор тактовых импульсов, причем управляющий элемент выполнен многоканальным и в нем введены первая и вторая группы входов и группа выходов, блок выделения помехи выполнен также многоканальным и в него введены группа входов и группа выходов, при этом выход широкополосного тракта соединен с первым, сигнальным, входом вейвлет-преобразователя, второй, синхронизирующий, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, группа выходов вейвлет-преобразователя шиной соединена с первой группой входов управляющего элемента и группой входов блока выделения помехи, группа выходов которого шиной соединена со второй группой входов управляющего элемента, группа выходов которого шиной соединена с группой входов обратного вейвлет-преобразователя, выход которого является выходом устройства.