Устройство сложения разнесенных сигналов

 

Использование: радиотехника, прием и обработка разнесенных сигналов. Сущность изобретения: устройство весового сложения разнесенных сигналов содержит каналы приема 1.1,...1.N, включающий каждый приемный блок 14, элемент задержки 15, регулируемый аттенюатор 16, детектор 17, блок 18 измерения информационного параметра сигнала, блок памяти 19 и перемножитель 20, блок когерентного сложения 2, демодулятор 3, коммутатор 4, блоки 5.1,...5.M функциональных преобразователей, блок 6 усреднения, блок 7 выбора максимального весового коэффициента, регистры памяти 8.1,...8.N, блок 9 памяти корректирующих поправок и блок 10 управления и синхронизации, содержащий генератор импульсов 11, датчик 12 и блок 13 задержки. Поскольку при изменении условий связи максимальные весовые коэффициенты вычисляются различными блоками 5.1,. . . 5. M и корректирующие поправки различны, то отношение мощности полезного сигнала к мощности помех увеличивается. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиосвязи для приема и обработки разнесенных сигналов.

Известно устройство для приема разнесенных сигналов, содержащее сумматор, выход которого соединен с входом решающего блока и первым входом блока сравнения, N приемных трактов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра, измерителя временных искажений, формирователя временных искажений и регулируемого аттенюатора, выход которого подключен к сумматору, элемент задержки, подсоединенный входом к выходу фильтра и выходом - к второму входу аттенюатора, два счетчика и дешифратор [1].

Однако такое устройство имеет низкую помехоустойчивость при поражении сигнала помехами с различными законами распределения (видами помех), которые могут меняться в процессе приема информации.

Также известно устройство для приема разнесенных сигналов, содержащее блок когерентного сложения, блок демодуляции и решения, и последовательно соединенные коммутатор, блок усреднения, блок вычисления весовых коэффициентов, блок выбора максимального весового коэффициента, блок деления, причем второй его вход соединен с выходом блока вычисления весовых коэффициентов, а также N приемных трактов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра, нормирующего усилителя, блока временной задержки, регулируемого аттенюатора, выход которого подключен к входу сумматора, последовательно соединенных детектора, вход которого подключен к выходу нормирующего усилителя, и блока измерений временных искажений, выход которого подключен к одному из входов коммутатора, и блока памяти, вход которого соединен с выходом блока деления, а выход - с вторым входом регулируемого аттенюатора [2].

Однако это устройство также имеет низкую помехоустойчивость, если смеси сигналов и помех в субканалах приема имеют различные законы распределения, поскольку весовые коэффициенты, вычисленные оптимально для одних видов помех, перестают быть таковыми при других видах помех.

Цель изобретения - увеличение отношения мощности полезного сигнала к мощности помех с различными законами распределения плотности вероятности в каждом канале приема.

Это достигается тем, что в устройство весового сложения разнесенных сигналов, содержащее блок управления и синхронизации, соединенные последовательно блок когерентного сложения и демодулятор, выход которого является выходом устройства, N каналов приема, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом блока когерентного сложения, коммутатор, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления и синхронизации, М блоков усреднения, блок выбора максимального весового коэффициента, первый управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления и синхронизации, а каждый канал приема содержит последовательно соединенные приемный блок, вход которого является входом канала приема и соответствующим входом устройства, элемент задержки и регулируемый аттенюатор, выход которого является выходом канала приема, блок памяти, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого аттенюатора, управляющий вход соединен с одним из N соответствующим выходом сигнала управления блоком памяти блока управления и синхронизации, и детектор, вход которого соединен с выходом приемного блока, введены М функциональных преобразователей, вход каждого из которых соединен с выходом коммутатора, а выход соединен с входом соответствующего по номеру блока усреднения, подключенного выходом к своему входу блока выбора максимального весового коэффициента, а управляющие входы блоков усреднения соединены с управляющим входом коммутатора, блок памяти корректирующих поправок, N регистров памяти, выходы которых подключены к соответствующим входам блока памяти корректирующих поправок, тактовые входы соединены с соответствующими N выходами сигнала управления блоками памяти блока управления и синхронизации, а входы объединены с выходом номера канала приема блока выбора максимального весового коэффициента, в каждый канал приема введены перемножитель, первый вход которого соединен с выходом блока корректирующих поправок, второй вход подключен к выходу веса блока выбора максимального весового коэффициента, а выход соединен с входом блока памяти, блок измерения информационного параметра сигнала, вход которого подключен к выходу детектора, а выход является соответствующим входом коммутатора, блок управления и синхронизации выполнен в виде соединенных последовательно генератора импульсов, счетчика и блока задержки, выходы которого являются соответствующими N выходами сигнала управления блоками памяти, причем выход счетчика является первым выходом блока управления и синхронизации и подключен к управляющему входу коммутатора, а выход генератора импульсов соединен с вторым управляющим входом блока выбора максимального весового коэффициента.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство весового сложения разнесенных сигналов содержит N каналов приема 1.1,...,1.N, блок 2 когерентного сложения, демодулятор 3, коммутатор 4, М блоков 5.1, ...,5.М функциональных преобразователей, М блоков 6 усреднения, блок 7 выбора максимального весового коэффициента, N регистров памяти 8.1,...,8.N, блок 9 памяти корректирующих поправок, блок 10 управления и синхронизации, который состоит из генератора 11 импульсов, счетчика 12 и блока 13 задержки. Каждый из N каналов приема содержит приемный блок 14, элемент 15 задержки, регулируемый аттенюатор 16, детектор 17, блок 18 измерения информационного параметра сигнала, блок 19 памяти и перемножитель 20.

Устройство работает следующим образом.

В каналах приема 1.1,...,1.N, каждый из которых предназначен для приема сигналов в своем субканале приема, смеси сигналов и помех поступают на приемные блоки 14, осуществляющие основную селекцию по частоте. Выходные сигналы блоков 14 поступают через элементы 15 задержки на информационные входы регулируемых аттенюаторов 16. Одновременно сигналы с выходов приемных блоков поступают на детекторы 17, мгновенные значения которых зависят от отношения сигнал/помеха в субканалах приема, и далее на блоки 18 измерения мгновенных значений этого параметра. Каждый блок 18 измеряет тот параметр радиосигнала, который подвержен модуляции информационным сигналом (мгновенную частоту или период несущей частоты при частотной модуляции, фазу - при фазовой модуляции,...). Для определенности примем, что в каждом субканале приема сигнал модулирован по частоте. В этом случае в качестве детектора 17 выступает частотный детектор, а блок измерения 18 преобразует выходные сигналы частотного детектора в цифровой код.

Смеси сигналов и помех в каждом субканале приема могут иметь различные, но с априорно известным или классифицированным составом плотности распределения и изменяться в процессе приема информации. Причем субканалы приема могут находиться в разных диапазонах волн (статистически неоднородные каналы). На входах блоков 18 отсчеты Z смеси сигналов и помех как случайные величины будут иметь плотности распределения W_i(Z, h_i), где i=1,2,...,М - номер вида помехи, h_i - отношение мощности сигнала к мощности помехи i-го вида.

Коммутатор 4, работая в режиме временного уплотнения, поочередно подсоединяет выходы блоков измерения всех каналов приема к последовательно подключенным блокам 5.1,...,5.М функциональных преобразователей и М блокам 6 усреднения. Блоки 5.1,...,5.М предназначены для преобразования отсчетов Z измеряемого параметра в величины, средние значения которых равны весовым коэффициентам К(h_i) для i-го вида помех при условии, что во всех субканалах приема виды помех одинаковы. Алгоритм работы Y_i(Z) каждого из М блоков функционального преобразования находится из решения интегрального уравнения Фредгольма первого рода относительно Y_i(Z) W_i(Z, h_i)Y_i(Z)dZ = K(h_i) где α - область изменения параметра Z.

Блоки функциональных преобразователей и усреднения вычисляют весовые коэффициенты одновременно для М видов помех. Причем максимальным будет сигнал на выходе того блока 6, который подключен к тому блоку функционального преобразователя, алгоритм работы которого соответствует присутствующему в субканале приема виду помех. В данном случае значения весовых коэффициентов определяютcя без непосредственного измерения отношения сигнал/помеха, при этом используется метод функциональных преобразований параметров радиосигнала. В этом случае значение параметра, зависящее от h_i, подвергается функциональному преобразованию (например, табличным способом с помощью постоянного запоминающего устройства), а затем интегрируют.

Блок 7 сравнивает между собой выходные сигналы всех блоков усреднения и выбирает максимальный весовой коэффициент, а также его номер i (i∈ [1,M]. Этот номер с одного выхода блока 7 поступает на входы N регистров памяти 8.1,...,8.N и с помощью сигналов блока 10 управления и синхронизации записывается в тот регистр, номер которого соответствует субканалу, подключенному коммутатором 4 к входам функциональных преобразователей. Регистры памяти 8.1, . . . ,8.N содержат номера максимальных весовых коэффициентов, определяемых возможными распределениями видов помех, присутствующими в субканалах приема. Совокупный выходной код указанных регистров представляет адрес блока 9 памяти корректирующих поправок для весовых коэффициентов.

Блок 9 представляет собой постоянное запоминающее устройство, содержащее таблицу корректирующих поправок, определяемых конкретным составом видов помех и их распределением в субканалах приема. С другого выхода блока 7 максимальные значения весовых коэффициентов поступают на вторые входы перемножителей 20, а на первые входы - корректирующие поправки с выхода блока 9. Результирующие весовые коэффициенты с выходов перемножителей по принадлежности к соответствующим каналам приема записываются в блоках памяти 19 и поступают на управляющие входы регулируемых аттенюаторов, сохраняясь там до следующего цикла записи. Сигналы с уровнями, пропорциональными результирующим весовым коэффициентам, с выходов аттенюаторов 16 поступают на входы блока 2 когерентного сложения, который производит фазирование и сложение сигналов каждого приемного тракта. С выхода блока 2 результирующий сигнал поступает на блок 3 демодуляции и решения, преобразующий входное воздействие в выходной сигнал.

Блок 10 управления и синхронизации обеспечивает согласованную во времени работу блоков и содержит последовательно соединенные генератор 11 импульсов, счетчик 12 и блок 13 задержки. Диаграммы работы блока 10 приведены на фиг.2.

При воздействии на вход устройства смеси сигналов и помех с одинаковыми законами распределения в субканалах приема, но различными отношениями сигнал/помеха (статистически однородные каналы), максимальные весовые коэффициенты будут вычисляться для всех субканалов одним и тем же блоком 5.i функционального преобразователя. С выхода блока 7 будут поступать одни и те же номера i. Корректирующие поправки будут для всех субканалов одинаковыми (равными единице). В блоки 19 памяти каждого канала приема будут записываться соответствующие максимальные весовые коэффициенты, определяемые известными оптимальными методами приема и обеспечивающими максимальное увеличение отношения сигнал/помеха при сложении сигналов.

При изменении условий связи, когда законы распределения смеси сигналов и помех в субканалах приема становятся различными (статистически неоднородные каналы), максимальные весовые коэффициенты будут вычисляться для разных каналов приема различными блоками функциональных преобразователей 5.1,..., 5.М. На вход блока 9 будут поступать различные номера i. Корректирующие поправки будут различны, они зависят от распределения видов помех в субканалах приема. Результирующие весовые коэффициенты будут определяться не только отношением сигнал/помеха, но и видами помех, что также обеспечивает увеличение отношения мощности сигнала к мощности помех, поскольку весовые коэффициенты, вычисленные оптимально для одних видов помех, перестают быть таковыми при других видах помех.

Как следствие увеличения отношения сигнал/помеха суммарного сигнала такое додетекторное взвешивание на входах блока когерентного сложения с учетом видов помех в субканалах приема позволяет обеспечить более высокую помехоустойчивость приема устройству в условиях действия помех с различными законами распределений, если эти законы априорно известны или могут быть классифицированы.

Одновременно обеспечивается простота построения устройства, поскольку алгоритмы работы каждого функционального преобразователя, являясь аргументом одного параметра, могут быть найдены из решений интегральных уравнений Фредгольма методом итеративной регуляризации Фридмана с помощью ЭВМ. При цифровом построении блока измерения параметра радиосигнала блоки функциональных преобразователей могут быть реализованы на основе постоянных запоминающих устройств.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО СЛОЖЕНИЯ РАЗНЕСЕННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее блок управления и синхронизации, соединенные последовательно блок когерентного сложения и демодулятор, выход которого является выходом устройства, N каналов приема, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом блока когерентного сложения, коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом управления коммутатором блока управления и синхронизации, M блоков усреднения, блок выбора максимального весового коэффициента, первый управляющий вход которого соединен с выходом управления коммутатором блока управления и синхронизации, а каждый канал приема содержит последовательно соединенные приемный блок, вход которого является входом канала приема и соответствующим входом устройства, элемент задержки и регулируемый аттенюатор, выход которого является выходом канала приема, блок памяти, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого аттенюатора, управляющий вход соединен с одним из N соответствующим выходом сигнала управления блоком памяти блока управления и синхронизации, и детектор, вход которого соединен с выходом приемного блока, отличающееся тем, что, с целью увеличения отношения мощности полезного сигнала к мощности помех с различными законами распределения плотности вероятности в каждом канале приема, в него введены M функциональных преобразователей, вход каждого из которых соединен с выходом коммутатора, блок памяти корректирующих поправок, N регистров памяти, выходы которых подключены к соответствующим входам блока памяти корректирующих поправок, тактовые входы соединены соответствующими N выходами сигнала управления блоками памяти блока управления и синхронизации, а входы подключены к выходу номера канала приема блока выбора максимального весового коэффициента, а каждый блок усреднения включен между выходом одного из функциональных преобразователей и одним из M входов блока максимального весового коэффициента, причем управляющие входы блоков усреднения соединены с выходом управления коммутатором блока управления и синхронизации, в каждый канал приема введены перемножитель, первый вход которого соединен с выходом блока выбора максимального весового коэффициента, а выход соединен с входом блока памяти, блок измерения информационного параметра сигнала, вход которого подключен к выходу детектора, а выход подключен к соответствующему входу коммутатора, блок управления и синхронизации выполнен в виде соединенных последовательно генератора импульсов, счетчика и блока задержки, выходы которого являются соответствующими N выходами управления блоками памяти, причем выход счетчика является выходом управления коммутатором блока управления и синхронизации, а выход генератора импульсов является синхронизирующим выходом блока управления и синхронизации и соединен с вторым управляющим входом блока выбора максимального весового коэффициента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2