Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов

 

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат - повышение помехоустойчивости приемников ШПС к узкополосным помехам. В устройстве происходит либо полная компенсация широкополосной составляющей оценки помехи, либо ее декорреляция по отношению к полезному широкополосному сигналу за счет того, что коэффициент подавления зависит не от числа частотных каналов, которое ограничено, а от базы широкополосного сигнала (Б >> 10²). 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства подавления помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах РФ N 2000666, H 04 B 1/10, H 04 L 7/00; N 2000659, H 04 B 1/10; N 2000669 H 04 B 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство корреляционной обработки широкополосных сигналов по а.с. N 1688416, H 04 B 1/10, структурная схема которого представлена на фиг. 1, где обозначено: 1 - первый перемножитель (фазовый модулятор), 2 - генератор копии сигнала, 3 - второй перемножитель (фазовый демодулятор), 4 - режекторный фильтр, 5 - выходной фильтр, 6 - первый аттенюатор, 7 - вычитатель, 8 - первый элемент задержки, 9 - второй элемент задержки, 10 - полосовые фильтры, 11 - ключи, 12 - вторые аттенюаторы, 13 - четвертые элементы задержки, 14 - обнаружители узкополосной помехи, 15 - третий перемножитель, 16 - третий элемент задержки, 17 - частотные каналы.

Работает устройство следующим образом.

Входной широкополосный шумоподобный сигнал (ШПС) и помеха поступает на вход перемножителя 1, где перемножается с копией ШПС, синхронной с приходящим ШПС, формируемой в генераторе 2. За счет этого ШПС сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется режекторным фильтром 4, и узкополосная помеха "размывается" в широкополосную помеху, которая через режекторный фильтр 4, вырезающий из нее полосу ΔF (где ΔF - полоса свернутого полезного сигнала), поступает на перемножитель 3. В перемножителе 3 широкополосная помеха перемножается с синхронной с ней копией ШПС, подаваемой на него с выхода генератора 2 через элемент 8, обеспечивающий выравнивание задержек в тракте распространения широкополосной помехи и копии ШПС.

За счет перемножения с копией ШПС широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая подается на частотных каналах 17. В каждом частотном канале 17 узкополосная помеха фильтруется в парциальной полосе полосового фильтра 10, равной где Δf_ш - полоса ШПС, после чего подается на ключ 11, который открывается только в том случае, если обнаружителем 14 принято решение об обнаружении помехи в данном парциальном канале. Помеха, прошедшая через ключ 11, через аттенюатор 12 и элемент задержки 13 поступает на один из входов вычитателя 7, где компенсирует помеху, поступающую на другой вход вычитателя 7 со входа устройства через аттенюатор 6 и элемент 9. Элемент 9, 13 и аттенюаторы 6 и 12 обеспечивают выравнивание по амплитуде и времени помех, поступающих на разные входы вычитателя 7. Так как по одному входу вычитателя 7 поступают широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другим только узкополосная помеха, то помехи компенсируются, а широкополосный сигнал проходит на выход вычитателя 7. После перемножения в перемножителе 15 с копией ШПС, поступающей с выхода генератора 2 через элемент 16, широкополосный сигнал "сворачивается" в узкополосный сигнал, который фильтруется в выходном фильтре 5, после чего поступают на выход устройства. Задержка элемента 16 выбирается таким образом, чтобы обеспечить синхронность широкополосного сигнала и копии ШПС на входах перемножителя 15.

Недостатком устройства-прототипа является низкая устойчивость к узкополосным помехам.

Для устранения этого недостатка в устройстве, содержащее первый и второй перемножители, генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя и через первый элемент задержки с опорным входом второго перемножителя, первый, второй, третий полосовые фильтры, последовательно соединенные первый аттенюатор, второй элемент задержки, первый вычитатель, последовательно соединенные третий элемент задержки и второй аттенюатор, четвертый элемент задержки, последовательно соединенные пятый элемент задержки и третий перемножитель, причем входы первого перемножителя и первого аттенюатора объединены и являются входом устройства, введены усилитель, второй и третий вычитатели, первый полосовой фильтр присоединен между выходом первого перемножителя и входом второго перемножителя, вход второго полосового фильтра соединен с выходом второго перемножителя, а выход второго полосового фильтра соединен со вторым входом второго вычитателя, первый вход которого соединен с выходом второго аттенюатора, вход третьего элемента задержки соединен со входом устройства, выход второго вычитателя соединен через четвертый элемент задержки с первым входом третьего вычитателя, а через последовательно соединенные третий полосовой фильтр, третий перемножитель, усилитель со вторым входом третьего вычитателя, выход которого соединен со вторым входом первого вычитателя, выход которого является выходом устройства.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 2, где обозначено: 1, 3, 15 - первый, второй, третий перемножители, 2, 4, 13 - первый, второй, третий полосовые фильтры, 5, 12, 17 - первый, второй, третий вычитатели, 6 - генератор копии сигнала, 8, 11 - первый и второй аттенюаторы, 7, 9, 10, 14, 18 - первый, второй, третий, четвертый, пятый элементы задержки, 16 - усилитель.

Устройство содержат последовательно соединенные первый аттенюатор 8, вход которого соединен со входом устройства, второй элемент задержки 9, первый вычитатель 5, выход которого является выходом устройства. Вход устройства соединен также со входом третьего элемента задержки 10, выход которого через второй аттенюатор 11 соединен с первым входом второго вычитателя 12. Второй вход второго вычитателя 12 соединен с цепочкой, состоящей из последовательно соединенных первого перемножителя 1, первый вход которого соединен со входом устройства, первого полосового фильтра 2, второго перемножителя 3, второго полосового фильтра 4. Выход второго вычитателя 12 соединен через четвертый элемент задержки 14 с первым входом третьего вычитателя 17, а через последовательно соединенные третий полосовой фильтр 3, третий перемножитель 15, усилитель 16 со вторым входом третьего вычитателя 17, выход которого соединен со вторым входом первого вычитателя 5. Выход генератора копии сигнала 6 соединен с опорными входами первого 1, второго 2 и третьего 15 перемножителей, причем с первым непосредственно, со вторым через первый элемент задержки 7, с третьим - через последовательно соединенные первый 7 и пятый 18 элементы задержки.

Работает заявляемое устройство следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный сигнал и узкополосную помеху, поступает на вход вычитателя 5 через аттенюатор 8 и элемент задержки 9. На вход вычитателя 12 через элемент задержки 10 и аттенюатор 11. Одновременно входная смесь поступает на вход перемножителя 1, где за счет перемножения с синхронным опорным сигналом генератора 6 осуществляется свертка широкополосного сигнала в узкополосный сигнал, который фильтруется в полосовом фильтре 2, после чего перемножается в перемножителе 3 с тем же опорным сигналом, подаваемым на него через элемент задержки 7. За счет перемножения с тем же опорным сигналом от генератора копии 6 на выходе перемножителя 3 восстанавливается полезный широкополосный сигнал.

Узкополосная помеха за счет перемножения в перемножителе 1 с широкополосным опорным сигналом генератора 6 расширяет свой спектр, узкая часть расширенного спектра помехи фильтруется полосовым фильтром 2. После чего за счет перемножения с тем же опорным сигналом становится широкополосной составляющей оценки помехи. Задержка элемента 7 выбирается равной задержке сигнала в полосовом фильтре 2, за счет чего обеспечивается синхронность широкополосной составляющей оценки помехи и опорного сигнала на входе перемножителя 3. Широкополосный сигнал и широкополосная составляющая оценки помехи фильтруются полосовым фильтром 4, после чего они поступают на вход вычитателя 12, где происходит компенсация широкополосного сигнала и выделение узкополосной и широкополосной составляющих оценки помехи, которые через элемент задержки 14 поступают на вход вычитателя 17. Одновременно эта смесь фильтруется полосовым фильтром 13, настроенным на частоту несущей широкополосного сигнала f_o и имеющим полосу пропускания ΔF₁₃≪ f₀. Будем считать, что частота узкоколосной помехи f_n не равна несущей частоте ШПС f_o (f_n≠ f₀) В этом случае узкополосная помеха не проходит на выход фильтра 13, а из спектра широкополосной составляющей оценки помехи фильтром 13 выделяется узкая часть спектра на частоте f_o, которая за счет перемножения в перемножителе 15 с опорным сигналом генератора 6, подаваемым на опорный вход перемножителя 15 через элементы задержки 7 и 18, на выходе перемножителя 15 становится широкополосной составляющей помехи (назовем ее второй). Эта составляющая помехи через усилитель 16 поступает на вход третьего вычитателя 17. На другой вход вычитателя 17 поступает с выхода блока 12 смесь узкополосной помехи и (первой) широкополосной составляющей помехи через элемент задержки 14. Обе широкополосные составляющие помехи, поступающие на входы вычитателя 17, коррелированные с полезным широкополосным сигналом (имеют одинаковую с ним несущую частоту и одинаковую с ним структуру манипулирующей ПСП), а следовательно, они коррелированы между собой. Кроме того, они имеют одинаковую начальную фазу, т.к. они сформированы из узкополосных помех.

На выходе блока 17 выделяется оценка узкополосной помехи и ее широкополосная составляющая (назовем ее третьей), являющаяся результатом вычитания первой и второй широкополосных составляющих оценки помех. При идеальной компенсации широкополосных составляющих помех на всем временном интервале T, где T - период опорного сигнала, на выходе вычитателя 17 выделяется оценка узкополосной помехи и образовавшаяся из первых двух третья широкополосная ее составляющая. За счет компенсации на отдельных временных интервалах структура ее отличается от структуры полезного широкополосного сигнала, т.е. она становится декоррелированной по отношению к широкоплосному сигналу. Оценка узкополосной помехи или смесь оценки узкополосной помехи и ее декоррелированной широкополосной составляющей поступают на вход вычитателя 5, на другой вход которого поступает входная смесь широкополосного сигнала и узкополосной помехи. На выходе вычитателя 5 выделяется смесь широкополосного сигнала, нескомпенсированного напряжения узкополосной помехи и широкополосная составляющая оценки помехи, декоррелированная по отношению к полезному сигналу.

В прототипе степень подавления широкополосной составляющей оценки помех K_n при действии одиночной узкополосной помехи определяется соотношением где Δf_ш - полоса широкополосного сигнала, ΔF_рф - полоса режекции режекторного фильтра, n - число частотных каналов.

При установке прототипа на входе приемника широкополосного сигнала на выходе коррелятора или согласованного фильтра соотношение (1) не изменится, т.к. широкополосная составляющая оценки помехи коррелирована с полезным широкополосным сигналом.

В заявляемом устройстве происходит либо полная компенсация широкополосной составляющей оценки помехи, либо ее декорреляция по отношению к полезному широкополосному сигналу. Последнее означает, что при установке заявляемого устройства на входе приемника широкополосного сигнала, на выходе коррелятора приемника или согласованного фильтра широкополосная составляющая будет дополнительно ослаблена в Б раз, где Б - база ШПС, Таким образом, коэффициент подавления широкополосной составляющей помехи при использовании заявляемого устройства (K_n3) для наихудшего случая (неполной компенсации в вычитателе 17) определяется где ΔF_пф2 - полоса пропускания полосового фильтра 2.

Помехоустойчивость прототипа растет с увеличением числа частотных каналов n, однако при этом растут аппаратурные затраты. Поэтому n всегда ограничено и как правило n ≅ 30. Сравнивая (1) и (2) выражения, видно, что при больших базах (~Б ≫ 10²) помехоустойчивость заявляемого устройства значительно больше, чем у прототипа. Элементы задержки 7 и 18 являются регулируемым и обеспечивают синхронность опорного сигнала с полезным широкополосным сигналом и широкополосными составляющими оценки помехи.

Элементы задержки 9, 10, 14 выбираются с учетом обеспечения компенсации сигнала, широкополосных составляющих оценки помехи и узкополосной помехи соответственно и также являются регулируемыми в процессе настройки. Блоки 8, 11, 16 обеспечивают выравнивание по амплитуде компенсируемых помех, коэффициенты передачи их подбираются при настройке.

Амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра 4 выбирается аналогичной амплитудно-частотной характеристике тракта формирования полезного сигнала в передатчике. Такой выбор обеспечивает эффективную компенсацию полезного сигнала в вычитателе 12 при наличии паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала. Паразитная амплитудная модуляция появляется при фильтрации спектра широкополосного фазоманипулированного сигнала по первым нулям спектра или по уровню 0,7 главного лепестка спектра.

Формула изобретения

Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее первый и второй перемножители, генератор копии сигнала, соединенный своим выходом с опорным входом первого перемножителя и через первый элемент задержки с опорным входом второго перемножителя, выход которого соединен со входом второго полосового фильтра, последовательно соединенные первый аттенюатор, второй элемент задержки и первый вычитатель, причем вход первого аттенюатора соединен со входом первого перемножителя и является входом устройства, а также четвертый и пятый элементы задержки, выход последнего соединен со входом третьего перемножителя, а вход пятого элемента задержки соединен с выходом первого элемента задержки, отличающееся тем, что введены первый и третий полосовые фильтры, второй и третий вычитатели, третий элемент задержки и усилитель, при этом вход третьего элемента задержки соединен со входом первого перемножителя, а выход через второй аттенюатор соединен с одним из входов второго вычитателя, выход которого через четвертый элемент задержки соединен с одним из входов третьего вычитателя и одновременно через последовательно соединенные третий полосовой фильтр, третий перемножитель и усилитель - с другим входом третьего вычитателя, выход которого соединен с другим входом первого вычитателя, выход которого является выходом устройства, кроме того, выход первого перемножителя через первый полосовой фильтр соединен с одним из входов второго перемножителя, выход второго полосового фильтра соединен с другим входом второго вычитателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2