Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат - повышение помехоустойчивости к структурным помехам. Сущность изобретения заключается в том, что дополнительная цепочка, состоящая из четвертого перемножителя, блока режекции и пятого перемножителя, позволяет увеличить степень подавления паразитной широкополосной составляющей помехи, так как полоса пропускания дополнительного блока режекции значительно меньше, чем полоса пропускания основного режекторного фильтра. 4 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 2000669, H 04 B 1/10, N 2000659 H 01 B 1/10, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким к заявляемому устройству 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 ремодулятор), 4 - режекторный фильтр, 5 - выходной фильтр, 6 - 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 поступают на вход перемножителя 1, где перемножаются 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 "размазывается" 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 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. Элементы 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 поступает на выход устройства. Задержка элемента 16 выбирается таким образом, чтобы обеспечить синхронность широкополосного сигнала и копии ШПС на входах перемножителя 15.

Недостатком такого устройства является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Для устранения этого недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, режекторный фильтр, второй перемножитель, а также третий перемножитель и генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорными входами первого и второго и третьего перемножителей, аттенюатор, полосовой фильтр, последовательно соединенные элемент задержки и вычитатель, причем первый вход первого перемножителя соединен со входом устройства, введены последовательно соединенные четвертый перемножитель, блок режекции, пятый перемножитель, а также ограничитель, причем вход четвертого перемножителя соединен с выходом второго перемножителя, выход пятого перемножителя соединен со входом аттенюатора, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, выход первого перемножителя соединен со входом полосового фильтра, выход которого соединен со входом ограничителя, выход которого через третий перемножитель, соединен с опорными входами четвертого и пятого перемножителей, кроме того, вход элемента задержки соединен со входом устройства.

На фиг. 2, где обозначено:
1 - первый перемножитель (фазовый модулятор),
2 - режекторный фильтр,
3 - второй перемножитель (фазовый ремодулятор),
4 - четвертый перемножитель (фазовый модулятор),
5 - блок режекции,
6 - пятый перемножитель (фазовый ремодулятор),
7 - аттенюатор,
8 - вычитатель,
9 - генератор копии сигнала (генератор опорной псевдослучайной последовательности),
10 - элемент задержки,
11 - полосовой фильтр,
12 - третий перемножитель (фазовый манипулятор),
13 - ограничитель.

Устройство содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, первый вход которого соединен со входом устройства, режекторный фильтр 2, второй перемножитель 3, четвертый перемножитель 4, блок режекции 5, пятый перемножитель 6, аттенюатор 7, вычитатель 8, второй вход которого через элемент задержки 10 соединен со входом устройства. Выход вычитателя 8 является выходом устройства. Опорные входы первого 1, второго 3 и третьего 12 перемножителей соединены с выходом генератора копий сигнала 9. Выход первого перемножителя 1 соединен также со входом полосового фильтра 11, выход которого соединен со входом ограничителя 13. Выход ограничителя 13 соединен с первым входом третьего перемножителя 12, выход которого соединен с опорными входами четвертого 4 и пятого перемножителей 6.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Входная смесь, содержащая широкополосный фазоманипулированный сигнал и структурную помеху поступает на вход вычитателя 8 через элемент задержки 10 и на вход первого перемножителя 1, где перемножаются с опорной псевдослучайной последовательностью, синхронной с полезным сигналом, формируемой генератором 9. В результате этой процедуры полезный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется блоком 2. В то же время структурная помеха в первом перемножителе 1 получает дополнительную манипуляцию, т. е. не сворачивается, а становится еще больше широкополосной. Часть спектра структурной помехи режектируется блоком 2, а оставшаяся часть ее спектра поступает на второй перемножитель 3, где перемножается с тем же опорным сигналом. За счет этого на выходе второго перемножителя 3 формируются две составляющие структурной помехи: первая, аналогичная помехе во входной смеси, и вторая, коррелированная с полезным сигналом, т.е. имеющая тот же закон манипуляции и ту же несущую частоту и отличающаяся от него только начальной фазой. Наличие второй составляющей обусловлено режекцией части спектра блоком 2 и эта составляющая является нежелательной (паразитной).

Две составляющие помехи подаются на сигнальный вход четвертого перемножителя 4, на опорный вход которого подается опорный сигнал, сформированный следующим образом. Свернутый полезный сигнал и часть спектра широкополосной структурной помехи с выхода первого перемножителя 1 подается на полосовой фильтр 11, настроенный на частоту несущей полезного широкополосного сигнала и имеющий полосу пропускания, равную полосе спектра свернутого полезного сигнала, т.е. полоса пропускания блока 11 и полоса режекции блока 2 выбираются равными. С выхода полосового фильтра 11 результат фильтрации через ограничитель 13 подается на вход третьего перемножителя 12, где манипулируется опорным сигналом с генератора 9. С выхода третьего перемножителя 12 напряжение поступает на опорный вход четвертого перемножителя 4, где манипулирует по фазе (на 0, π) напряжение, поступающее со второго перемножителя 3.

Таким образом, в четвертом перемножителе 4 перемножается паразитная составляющая помехи, коррелированная с полезным сигналом, сформированным в третьем перемножителе 12, который также коррелирован с полезным сигналом (имеет тот же закон формирования и ту же несущую и отличается от нег только начальной фазой). Так как полоса режекции блока режекции (ΔF₂) и полоса пропускания полосового фильтра 11 выбираются одинаковыми, то задержки паразитных широкополосных составляющих на входах четвертого перемножителя 4 одинаковы, то есть они не только коррелированы между собой, но и синхронны. То есть четвертый перемножитель 4 производит свертку двух широкополосных составляющих.

Результат свертки двух коррелированных процессов режектируется блоком режекции 5. В то же время структурная помеха (первая составляющая на выходе второго перемножителя 3) в четвертом перемножителе 4 получает дополнительную манипуляцию, которая снимается в пятом перемножителе 6 за счет перемножения с тем же опорным сигналом. Таким образом, на выходе пятого перемножителя выделяются структурная помеха и новая паразитная широкополосная составляющая структурной помехи, которые через аттенюатор 7 поступают на вход вычитателя 8, где структурные помехи компенсируются, а вторая паразитная составляющая структурной помехи и полезный широкополосный сигнал проходят на выход устройства. Степень подавления паразитной широкополосной составляющей помехи, коррелированной с полезным сигналом определяется соотношением

Δf_ш - полоса спектра полезного широкополосного сигнала;
ΔF₅ - полоса режекции блока.

Блок режекции 5 осуществляет режекцию результата свертки коррелированных процессов (отличающихся только начальной фазой), он должен выделять сигнал разностных фаз. Это означает, что полоса режекции блока 5 ΔF₅≪ ΔF₂, где ΔF₂ - полоса режекции режекторного фильтра 2, равная информационной полосе полезного сигнала.

Так как в четвертом перемножителе 4 осуществляется перемножение двух широкополосных составляющих на частоте f_o, где f_o - частота несущей полезного сигнала, то блок режекции 5 может быть выполнен в виде двух последовательно соединенных режекторных фильтров, один из которых настроен на разностную (нулевую) частоту, а другой на суммарную (удвоенную частоту).

Вариант выполнения блока режекции 5 представлены на фиг. 4, где обозначено:
41 - фильтр нижних частот,
42, 44 - вычитателя,
43 - полосовой фильтр.

Ограничитель 13 обеспечивает постоянный уровень напряжения на опорных входах перемножителей 4 и 6, что обеспечивает постоянство коэффициента передачи для оценки помех.

В прототипе оценка помехи, как и в заявляемом устройстве, состоит из двух составляющих: первой, аналогичной помехе во входной смеси, и второй - паразитной широкополосной составляющей, коррелированной с полезным сигналом.

При действии на входе устройства-прототипа мощной структурной помехи все каналы открываются, при этом степень подавления паразитной широкополосной составляющей помехи (К_{п пр}) в этом случае определяется соотношением

где ΔF₄ - полоса режекции блока 4 прототипа, равная информационной полосе полезного сигнала.

Так как ΔF₄ прототипа равна ΔF₂ заявляемого устройства, при этом ΔF₄= ΔF₂= ΔF_инф, где ΔF_инф - информационная полоса полезного сигнала, то получим


K_пз≫ K_{п пр}.
То есть при воздействии структурной помехи или при воздействии большого числа узкополосных помех подавление паразитной составляющей помехи в заявляемом устройстве значительно больше, чем в прототипе.

Вариант выполнения блока 3 приведен на фиг. 3, где обозначено:
31 - полосовой фильтр,
32 - вычитатель.

Представленная структурная схема позволяет пояснить образование паразитной широкополосной составляющей следующим образом. Широкополосная помеха, образовавшаяся в перемножителе 1 из узкополосной помехи, приходит на вход вычитателя 32 и его выход непосредственно. Эта составляющая помехи на выходе блока 3 превращается в узкополосную помеху, аналогичную помехе во входной смеси. В то же время часть широкополосной помехи за счет фильтрации в блоке 31 становится узкополосной. В блоке 32 она меняет фазу на 180^o. За счет перемножения в блоке 3 с широкополосным опорным сигналом она становится паразитной широкополосной составляющей помехи.

Формула изобретения

Устройство подавления помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, вход которого соединен со входом устройства, режекторный фильтр, второй перемножитель, а также третий перемножитель, генератор копии сигнала, выход которого соединен с опорными входами первого, второго и третьего перемножителей, аттенюатор, полосовой фильтр и последовательно соединенные элемент задержки и вычитатель, отличающееся тем, что введены ограничитель, последовательно соединенные четвертый перемножитель, блок режекции, пятый перемножитель, присоединенные между выходом второго перемножителя и входом аттенюатора, опорные входы четвертого и пятого перемножителей соединены с выходом третьего перемножителя, выход аттенюатора соединен со вторым входом вычитателя, выход которого является выходом устройства, а вход элемента задержки соединен со входом устройства, выход первого перемножителя через полосовой фильтр соединен со входом ограничителя, выход которого соединен со входом третьего перемножителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4