Устройство подавления помех для приемников земных станций спутниковых систем связи с многостанционным доступом

 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в спутниковых сетях с многостанционным доступом на основе кодового разделения каналов. В устройстве осуществляется компенсация мешающего сигнала близко расположенного спутника на входе приемника, принимающего сигнал от удаленного спутника, при этом степень подавления мешающего сигнала значительно выше, чем в известных устройствах. Это достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве формирование оценки помехи осуществляется не за счет энергетического подавления помехой сигнала, как это известно из уровня техники, а за счет полного восстановления мешающего сигнала с учетом его структуры, амплитуды и фазы. Устройство может быть установлено в виде автономной приставки на входе любого широкополосного приемника, работающего в составе системы связи с кодовым разделением каналов. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с кодовым разделением каналов.

Известны устройства подавления структурных помех для приемников широкополосных сигналов, описанные в патентах РФ N 2000662, H 04 B 1/10, N 2001525, H 04 B 1/10 и другие, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к структурным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, описанное в статье В.П.Ефимова "Оценка влияния нелинейного преобразователя на помехоустойчивость приема широкополосных сигналов в спутниковых сетях" (см. "Электромагнитные волны и электромагнитные системы" N 1, т. 3, 1998 г., стр. 95).

Блок-схема прототипа приведена на фиг. 1, где использованы следующие обозначения: 1 - усилитель; 2 - вычитатель; 3 - ограничитель; 4 - полосовой фильтр.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные ограничитель 3, полосовой фильтр 4, вычитатель 2, выход которого является выходом устройства, содержит усилитель 1, соединенный со вторым входом вычитателя 2, при этом входы усилителя и ограничителя объединены и являются входом устройства.

Устройство-прототип применяется в наземных широкополосных ракетных радиосетях на входе корреляционного приемника и предназначено для подавления помех в спутниковых сетях с многостанционным доступом на основе кодового разделения каналов.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая мощную структурную помеху от ближнего спутника и слабый полезный сигнал от удаленного спутника, поступает на входы вычитателя 2 через две ветви, первая из которых содержит усилитель 1, а вторая - жесткий ограничитель 3 с уровнем ограничения U_о и полосовой фильтр 4. В блоке 3 мощная структурная помеха подавляет слабый сигнал, при этом амплитуда помехи на выходе блока 3 равна U_о. В блоке 2 из входной смеси вычитается помеха уровнем U_о и сигнал, подавленный во второй ветви в K раз, K >> 1, в результате чего помеха компенсируется и на выходе блока 2 выделяется полезный сигнал и нескомпенсированная (остаточная) часть помехи.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные ограничитель и полосовой фильтр, а также усилитель, вход которого объединен со входом ограничителя и является входом устройства, вычитатель, выход которого является выходом устройства, введены последовательно соединенные блок обнаружения помехи, первый перемножитель, ключ, регулируемый усилитель, второй перемножитель и интегратор, выход которого соединен со вторым входом регулируемого усилителя, а также первый и второй элементы задержки. При этом вход первого элемента задержки соединен с выходом усилителя, а выход первого элемента задержки соединен с первым входом вычитателя, второй вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя, причем выход вычитателя соединен со вторым входом второго перемножителя. Выход полосового фильтра соединен с первым входом блока обнаружения помехи, второй вход которого является управляющим входом устройства. Второй выход блока обнаружения помехи через второй элемент задержки соединен со вторым входом первого перемножителя. Третий выход блока обнаружения помехи соединен с управляющим входом ключа.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 2, где использованы следующие обозначения: 1 - усилитель; 2 - вычитатель; 3 - ограничитель; 4 - полосовой фильтр; 5 - обнаружитель помехи;
6 - первый перемножитель (фазовый манипулятор);
7 - ключ;
8 - регулируемый усилитель;
9 - второй перемножитель;
10 - интегратор;
11 и 12 - первый и второй элементы задержки.

Заявляемое устройство содержит последовательно соединенные ограничитель 3, полосовой фильтр 4, блок обнаружения помехи 5, второй элемент задержки 12, первый перемножитель 6, ключ 7, регулируемый усилитель 8, второй перемножитель 9, интегратор 10, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого усилителя 8, выход которого соединен одновременно со вторым входом вычитателя 2 и вторым входом второго перемножителя 9, содержит последовательно соединенные усилитель 1, первый элемент задержки 11, вычитатель 2, выход которого, соединенный со вторым входом второго перемножителя 9, является выходом устройства, при этом объединенные входы усилителя 1 и ограничителя 3 являются информационным входом устройства, управляющий вход устройства соединен со вторым входом обнаружителя помехи 5, второй выход которого соединен с управляющим входом ключа 7, а третий - со вторым входом перемножителя 6, содержит последовательно соединенные усилитель 1 и первый элемент задержки 11, выходом соединенный с первым входом вычитателя 2.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный фазоманипулированный сигнал от удаленного спутника и структурную помеху от близко расположенного спутника, поступает на входы блока 2 через две ветви, одна из которых содержит блоки 1 и 11, а вторая - блоки 3-8.

Во второй ветви в блоке 3 входная смесь подвергается жесткому ограничению, после чего она фильтруется в блоке 4, полоса пропускания которого равна ширине спектра полезного сигнала. В блоке 5 осуществляется поиск по задержке структурной помехи. В блоке 6 за счет перемножения (фазовой манипуляции) свернутой и отфильтрованной в блоке 5 помехи с ее опорной псевдослучайной последовательностью, поступающей на блок 6 через элемент задержки 12, формируется оценка помехи, которая через ключ 7 (управляемый командой от блока 5) и блок 8 подается на второй вход блока 2, где компенсирует помеху во входной смеси.

Блоки 9 и 10 обеспечивают регулировку коэффициента передачи блока 8 таким образом, чтобы достигалось максимальное подавление помехи на выходе блока 2. Действительно, чем больше остаточное напряжение помехи на выходе блока 2, тем больше напряжение на выходе блоков 9, 10, при этом коэффициент передачи блока 8 увеличивается, а разность между помехой и ее оценкой на выходе блока 2 уменьшается, за счет чего обеспечивается автоматическая регулировка амплитуды оценки помехи. Блоки 11 и 12 обеспечивают выравнивание по времени помехи и ее оценки на входах блока 2, значения задержки блоков 11 и 12 подбираются при настройке устройства.

Варианта реализации блока 5 представлен на фиг. 3, где использованы следующие обозначения:
51 - перемножитель (фазовый ремодулятор);
52 - полосовой фильтр;
53 - амплитудный детектор;
54 - решающий блок;
55 - управляемый тактовый генератор;
56 - генератор псевдослучайной последовательности;
57 и 58 - первый и второй коммутаторы.

Блок 5 содержит последовательно соединенные перемножитель 51, вход которого является первым входом блока 5, полосовой фильтр 52, амплитудный детектор 53, решающий блок 54, управляемый тактовый генератор 55, второй коммутатор 58, а также генератор псевдослучайных последовательностей и первый коммутатор 57, при этом выходы второго коммутатора 58 соединены каждый через соответствующий генератор псевдослучайной последовательности 56 с соответствующим входом первого коммутатора 57, выход которого соединен со вторым входом перемножителя 51 и является вторым выходом блока 5, выход полосового фильтра 52 является вторым выходом блока 5, а выход решающего блока 54 является третьим (управляющим) выходом блока 5 и через блок управления поиском 55 соединен с первым входом блока 58, вторые (управляющие) входы коммутаторов 57 и 58 объединены и являются вторым (управляющим) входом блока 5.

Устройство, представленное на фиг. 3, работает, в основном, как известное устройство простого циклического поиска (см. монографию Г.И.Тузова "Статистическая теория приема сложных сигналов". Москва. Сов. радио, 1977 г. , стр. 326, рис. 7.2) с тем отличием, что опорный сигнал для блока 5 формируется одним из генераторов псевдослучайной последовательности 56₁ - 56_K, каждый из которых аналогичен опорному генератору псевдослучайной последовательности, устанавливаемому на одном из K спутников.

Аппаратура программного наведения земной станции располагает информацией о местоположении спутников. В соответствии с этой информацией по командам аппаратуры программного наведения, подаваемых на коммутаторы 57 и 58, производится подключение к опорному входу блока 51 одного из блоков 56₁ - 56_K. Свернутый в блоке 51 и отфильтрованный в блоке 52 (полоса пропускания которого выбирается с учетом доплеровского смещения частоты) сигнал мешающего абонента с выхода блока 52 подается на вход блока 6, одновременно на вход блока 12 подается опорный сигнал, соответствующий приближающемуся спутнику.

В прототипе степень подавления помехи определяется соотношением ΔU_п = U_п - U_о, где U_п - амплитуда помехи во входной смеси, U_о - уровень ограничения блока 3, ΔU_п - остаточное напряжение помехи на выходе вычитателя 2.

В связи с тем, что в прототипе уровень ограничения имеет постоянное значение, с увеличением амплитуды помехи во входной смеси степень ее подавления снижается. Кроме того, применение ограничения в тракте формирования оценки помехи обеспечивает подавление полезного сигнала не более чем на 6 дБ. Это означает, что часть полезного сигнала проходит через тракт формирования оценки помехи и в вычитателе компенсирует полезный сигнал, что приводит к его энергетическим потерям.

В предлагаемом устройстве в тракте формирования оценки помехи производится не только подавление слабого сигнала более мощной помехой в ограничителе, но и ее корреляционная обработка помехи. За счет этого достигается увеличение степени подавления полезного сигнала в тракте формирования оценки помехи в Б раз, где Б - база широкополосного сигнала, при этом практически исключается прохождение полезного сигнала через тракт формирования оценки помехи и его энергетические потери в вычитателе. Применение автоматической регулировки амплитуды оценки помехи повышает степень ее подавления, при этом остаточное напряжение помехи ΔU_п не зависит от уровня ограничения и амплитуды помехи, а определяется только аппаратурными возможностями автоматической регулировки напряжения.

Кроме того, устройство-прототип обеспечивает подавление мощных структурных помех, уровень которых значительно превышает уровень полезного сигнала. Заявляемое устройство обеспечивает подавление помех любого уровня, в том числе соизмеримого с уровнем полезного сигнала.

Формула изобретения

Устройство подавления помех для приемников земных станций спутниковых систем связи с многостанционным доступом, содержащее последовательно соединенные ограничитель и полосовой фильтр, а также усилитель, вход которого объединен со входом ограничителя и является входом устройства, вычитатель, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные блок обнаружения помехи, обеспечивающий поиск структурной помехи по задержке и обнаружение ее, формирование на своем первом выходе напряжения свернутой и отфильтрованной помехи, на втором выходе - псевдослучайную последовательность помехи, на своем третьем выходе - управляющее напряжение для ключа, первый перемножитель, ключ, регулируемый усилитель, второй перемножитель и интегратор, выход которого соединен со вторым входом регулируемого усилителя, кроме того, введены первый и второй элементы задержки, причем вход первого элемента задержки подсоединен к выходу усилителя, а выход - к первому входу вычитателя, второй вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя, при этом выход вычитателя соединен со вторым входом второго перемножителя, выход полосового фильтра соединен с первым входом блока обнаружения помехи, второй вход которого является управляющим входом устройства, второй выход блока обнаружения помехи через второй элемент задержки соединен со вторым входом первого перемножителя, а третий выход блока обнаружения помехи соединен с управляющим входом ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3