Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией

Устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре, предназначенной для приема и анализа фазоманипулированных (ФМн) сигналов с бинарным значением фазы. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и достоверности обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам. Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией содержит преселектор 1, преобразователь 2 частоты, первый 3 и второй 17 усилители промежуточной частоты, полосовые фильтры 4.i и 5.i, нелинейные элементы 6i, узкополосные фильтры 7.i, детекторы 8.i огибающей, ключи 9.i и 20, решающий блок 10, сумматор 11, блок 12 регистрации, первый 13 и второй 14 смесители, первый 15 и второй 16 гетеродины, коррелятор 18 и пороговый блок 19. 3 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре, предназначенной для приема и анализа фазоманипулированных (ФМн) сигналов с бинарным значением фазы.

Известны радиоприемные устройства для обнаружения сигналов на фоне шума и помех (авт. свид. СССР №№211.599, 309.326, 540.230, 1.718.695, 1.758.883, 1.785.410, 1.799.226, 1.799.227; патенты РФ №№1.838.882, 1.840.289, 2.001.533, 2.007.046, 2.181.528, 2.379.837; патенты США №№3.702.475, 3.815.028, 6.510.313; Сабинов В.А. Цифровое устройство для обнаружения и грубого измерения частоты сигнала. Труды МАИ, 1970, вып. 201 и другие). Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией» (патент РФ №1.840.289, H94B 1/06, 1981, который и выбран в качестве прототипа).

Известное устройство обеспечивает обнаружение широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией на фоне шума и узкополосных помех. Оно построено по супергетеродинной схеме, в которой одно и то же значение промежуточной частоты f_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах f_c и f_З, т.е.

f_пр=f_c-f_г и f_пр=f_г-f₃.

Следовательно, частоту настройки f_С можно принять за основной канал приема, частота f_З которого отклоняется от частоты f_c на 2f_пp и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты f_г гетеродина (фиг.2). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на помехоустойчивость и достоверность обнаружения сигналов на фоне шума и узкополосных помех.

Кроме зеркального в известном устройстве существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема.

В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

,

где f_ki - частота i-го комбинационного канала приема,

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность устройства по этим каналам близка к чувствительности основного канала приема. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

f_k1=2f_Г-f_пр и f_k2=2f_Г+f_пp.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и достоверности обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно соединенные преселектор, преобразователь частоты и первый усилитель промежуточной частоты, n каналов нелинейной обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных нелинейного элемента, узкополосного фильтра и ключа, а также двух полосовых фильтров, выходы которых подключены к входам нелинейного элемента, при этом выход узкополосного фильтра через детектор огибающей соединен с одним из входов решающего блока, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу ключа, выходы ключей подключены к входам сумматора, выход которого соединен с выходом блока регистрации, отличающийся от ближайшего аналога тем, что преобразователь частоты выполнен в виде последовательно включенных первого гетеродина и первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом преселектора, а выход подключен к входу первого усилителя промежуточной частоты, последовательно включенных второго гетеродина, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом преселектора, второго усилителя промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, порогового блока и ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам полосовых фильтров, причем частоты f_Г1 и f_Г2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

f_Г2-f_Г1=2f_пр

и выбраны симметричными относительно несущей частоты f_С основного канала

f_С-f_Г1=f_Г2-f_С=f_пр.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1.

Частотные диаграммы, поясняющие принцип образования дополнительных каналов приема, изображены на фиг.2 и 3.

Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией содержит последовательно включенные преселектор 1, первый смеситель 13, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, первый усилитель 3 промежуточной частоты, ключ 20 и n каналов нелинейной обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных нелинейного элемента 6.i, узкополосного фильтра 7.i и ключа 9.i, а также двух полосовых фильтров 4.1 и 5.i, выходы которых подключены к входам нелинейного элемента 6.i, причем выход узкополосного фильтра 7.i через детектор 8.i огибающей соединен с одним из входов решающего блока 10, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу ключа 9.i, входы полосовых фильтров 4.i и 5.i соединены с выходом ключа 20, а выходы ключей 9.i подключены к входам сумматора 11, выход которого соединен с входом блока 12 регистрации.

Устройство работает следующим образом. Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинированным каналам, основано на использовании двух гетеродинов 15 и 16, частоты f_Г1 и f_Г2 которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты:

f_Г2-f_Г1=f2_пр

и выбранными симметричными относительно частоты f_С основного канала приема (фиг.3):

f_с-f_г1=f_г2-f_с=f_пр.

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

Если широкополосный ФМн-сигнал принимается по основному каналу на частоте f_c, то в первом 13 и втором 14 смесителях он преобразуется в напряжение следующих частот:

f_с-f_Г1=f_пр и f_г2-f_с=f_пр.

Эти напряжения выделяются усилителями 3 и 17 промежуточной частоты соответственно и поступают на два входа коррелятора 18, на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Следует отметить, что корреляционная функция R(τ) ФМн-сигналов обладает замечательным свойством: она имеет значительный главный лепесток и сравнительно низкий уровень боковых лепестков. Это свойство используется для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам. Напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ), сравнивается с пороговым уровнем U_пор1 в пороговом блоке 19. Пороговое напряжение U_пор1 превышается только при максимальном значении корреляционной функции R(τ). Так как канальные напряжения образуются одним и тем же ФМн-сигналом, принимаемым по двум каналам на одной и той же частоте f_c, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Корреляционная функция R(τ) имеет ярко выраженный главный лепесток, который превышает пороговый уровень U_пор1 в пороговом блоке 19. При превышении порогового уровня U_пор1 в пороговом блоке 19 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 20, открывая его.

В исходном состоянии ключ 20 всегда закрыт. При этом канальное напряжение промежуточной частоты f_пр =f_с-f_г1 с выхода первого усилителя 3 промежуточной частоты через открытый ключ 20 поступает на n каналов нелинейной обработки, выходные сигналы которых затем суммируются.

В каждом i-м канале параллельно включены два полосовых фильтров 4i и 5i, имеющих полосы пропускания ΔF. Их центральные частоты расположены симметрично относительно центральной частоты полосы обработки и равны и , где выходные сигналы полосовых фильтров перемножаются в нелинейном элементе и фильтруются в узкополосном фильтре, частота настройки которого равна 2f₀.

Выходные сигналы узкополосных фильтров 7.i суммируются в сумматоре 11, в результате чего образуется вторая гармоника сигнала, частота несущей которого равна f₀. Вторая гармоника сигнала обнаруживается блоком 12 регистрации.

Канал, в который попадает мощная узкополосная помеха (результат перемножения двух узкополосных помех), отличается решающим блоком 10 от сумматора 11. В решающем блоке 10 наличие помехи определяется по значительному превышению уровня сигнала в канале среднего по каналам уровня.

С выходов узкополосных фильтров 7.i сигналы через ключи 9.i (i=1, 2, …, n) подаются на входы сумматора 11, с выхода которого сумма сигналов поступает в блок 12 регистрации, где ее уровень сравнивается с порогом U_пop2. При превышении порога U_пор2 фиксируется обнаружение сигнала.

С выходов узкополосных фильтров 7.i сигналы подаются также на детекторы огибающей 8.i, в которых выделяются огибающие сигналов, подаваемых на входы решающего блока 10. В решающем блоке 10 сравниваются уровни сигналов всех n каналов и для каналов, в которых уровни сигналов значительно превышают средний по каналам уровень, вырабатывается управляющий сигнал, подаваемый на ключи 9.i (i=1, 2, …, n) этих каналов, вследствие чего ключи размыкаются и соответствующие каналы отключаются от сумматора 11.

Количественный выигрыш в помехоустойчивости существенно зависит от уровня и количества помеховых составляющих.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте f_c (фиг.3).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте f_З2, то в первом 13 и втором 14 смесителях он преобразуется в напряжение следующих частот:

f₁₁=f_Г1-f_З1=f_пр, f₁₂=f_г2-f_З1=3f_пр.

Однако только напряжение с частотой f₁₁ попадает в полосу пропускания первого усилителя 3 промежуточной частоты. Выходной сигнал коррелятора 18 равен нулю, ключ 20 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте f₃₁, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте f_З2, то в первом 13 и втором 14 смесителях он преобразуется в напряжения следующих частот:

f₂₁=f_З2-f_Г1=3f_пр, f₂₂=f_З2-f_г1=f_пр.

Однако только напряжение с частотой f₂₂ попадает в полосу пропускания второго усилителя 17 промежуточной частоты, выходной сигнал коррелятора 18 также равен нулю, ключ 20 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте f_З2, подавляется.

По аналогичным причинам подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому комбинационному каналу на частоте f_к1, по второму комбинационному каналу на частоте f_к2 или по любому другому дополнительному каналу.

Если ложные сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому f_З1 и второму f_З2 зеркальным каналам, то в первом 13 и втором 14 смесителях они преобразуются в напряжения следующих частот:

f₁₁=f_Г1-f_З1=f_пр, f₁₂=f_г2-f_Г1=3f_пр,

f₂₁=f_З2-f_Г1=3f_пр, f₂₂=f_З2-f_Г2=f_пр.

При этом напряжение с частотами f₁₁ и f₂₂ попадает в полосу пропускания первого 3 и второго 14 усилителей промежуточной частоты соответственно, а затем подается на два входа коррелятора 18. Но ключ 20 в этом случае не открывается. Это объясняется тем, что разные ложные сигналы (помехи) принимаются на разных частота f_З1 и f_З2, поэтому между канальными напряжениями с частотами f₁₁ и f₂₂ существует слабая корреляционная связь.

Кроме того, следует отметить, что корреляционная функция помех не имеет ярко выраженного главного лепестка, как это имеет место у сложных ФМн-сигналов. Выходное напряжение коррелятора 18 в этом случае не превышает порогового уровня U_пор1 в пороговом блоке 19, ключ 20 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому f_З1 и второму f_З2 зеркальным каналам, подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому комбинационному каналу на частоте f_к1 и по второму комбинационному каналу на частоте f_к2 или по другим любым дополнительным каналам.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам. Для подавления указанных сигналов используются два гетеродина, частоты f_Г1 и f_Г2 которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты:

f_Г2-f_Г1=2f_пр,

выбраны симметричными относительно частоты f_c основного канала:

f_С-f_Г1=f_Г2-f_С=f_пр

и корреляционная обработка принимаемых сигналов.

Радиоприемное устройство для обнаружения широкополосных сигналов с фазовой манипуляцией, содержащее последовательно соединенные преселектор, преобразователь частоты и первый усилитель промежуточной частоты, n каналов нелинейной обработки, каждый из которых состоит из последовательно включенных нелинейного элемента, узкополосного фильтра и ключа, а также двух полосовых фильтров, выходы которых подключены к входам нелинейного элемента, при этом выход узкополосного фильтра через детектор огибающей соединен с одним из входов решающего блока, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу ключа, выходы ключей подключены к входам сумматора, выход которого соединен с входом блока регистрации, отличающееся тем, что преобразователь частоты выполнен в виде последовательно включенных первого гетеродина и первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом преселектора, а выход подключен к входу первого усилителя промежуточной частоты, последовательно включенных второго гетеродина, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом преселектора, второго усилителя промежуточной частоты, коррелятора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, порогового блока и ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам полосовых фильтров, причем частоты f_Г1 и f_Г2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты f_Г2-f_Г1=2f_пр и выбраны симметричными относительно несущей частоты f_С основного канала f_С-f_Г1=f_Г2-f_С=f_пр.