Устройство подавления узкополосных помех для приемников широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Устройство подавления помех включает последовательно соединенные блок подавления помех большого уровня, блок режекции сигнала, блок режекции помех и вычитатель, другой вход которого подключен к выходу блока подавления помех большого уровня, при этом блок подавления помех большого уровня выполнен многоканальным и осуществляет также детектирование отфильтрованной входной смеси и сравнение выделенной огибающей с низким порогом. Изобретение обеспечивает режекцию узкополосных помех большого уровня и компенсацию помех малого уровня, при этом порог, используемый при обнаружении помех большого уровня, в К раз выше, чем порог, используемый при обнаружении помех малого уровня, где К - коэффициент, определяемый степенью подавления узкополосных помех за счет их компенсации. Технический результат - повышение помехоустойчивости. 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства подавления узкополосных помех, описанные в статье Бокка О. Ф. "Оптимальные характеристики фильтров БЗ от сосредоточенных по спектру помех", опубликованной в сборнике "Техника средств связи" серия "Техника радиосвязи", вып. 4, Москва, 1987 г., описанные в а.с. 1338078 и в патенте РФ 2034403, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство по а.с. 1688416, Н 04 В 1/10, принятое за прототип.

Структурная схема прототипа приведена на фиг.1, где обозначено: 1 - первый перемножитель; 2 - оператор копии сигнала; 3 - второй перемножитель; 4 - режекторнай фильтр; 5 - второй фильтр; 6 - первый аттенюатор; 7 - вычитатель; 8 - первый элемент задержки; 9 - второй элемент задержки;
10₁÷10_N - первый фильтр;
11₁÷11_N - ключ;
12₁÷12_N - второй аттенюатор;
13₁÷13_N - третий элемент задержки;
14₁÷14_N - блок обнаружения помех;
15 - третий перемножитель;
16 - четвертый элемент задержки.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, первый вход которого является входом устройства, режекторный фильтр 4, второй перемножитель 3, выход которого соединен с N каналами, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый фильтр 10₁, ключ 11₁, второй вход которого через блок обнаружения помех 14 соединен с тем же выходом первого фильтра 10, второй аттенюатор 12₁ и третий элемент задержки 13₁. Выходы N третьих элементов задержки 13 соединены со входами вычитателя 7, (N+1)-й вход которого через последовательно соединенные второй элемент задержки 9 и первый аттенюатор 6 соединен со входом устройства. Выход вычитателя 7 через третий перемножитель 15 и второй фильтр 5 соединен с выходом устройства. Выход генератора копии сигнала 2 соединен со вторым входом первого перемножителя 1 через первый элемент задержки 8 - со вторым входом второго перемножителя 3 и через четвертый элемент задержки 16 - со вторым входом третьего перемножителя 15.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Входной широкополосный сигнал и помехи поступают на перемножитель 1, где перемножается с опорным сигналом, формируемым блоком 2, синхронным со входным широкополосным сигналом. За счет этого входной широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется блоком 4, а узкополосная помеха "размазывается" в широкополосную помеху, которая через режекторный фильтр 4, вырезающий из нее часть спектра в полосе ΔF (ΔF - полоса свернутого полезного сигнала), поступает на блок 3, где перемножается с тем же опорным сигналом, поступающим от блока 2 через блок 8. В блоке 3 широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая подается на N каналы. В каждом канале узкополосная помеха фильтруется в блоке 10 в полосе частот (Δf - полоса спектра широкополосного сигнала), после чего подается на ключ 11, который открывается только в том случае, если в блоке 14 принято решение об обнаружении помехи в данном частотном канале.

Помеха, прошедшая через блоки 11, 12 и 13, поступает на один из входов вычитателя 7, где компенсирует помеху, поступающую на другой вход блока 7 со входа устройства через блоки 6 и 9. Так как по одному входу блока 7 поступает широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другим - только узкополосная помеха, то помехи компенсируются, а широкополосный сигнал с выхода блока 7 поступает на вход блока 15, где перемножается с опорным сигналом, поступающим от блока 2 через блок 16, свернутый широкополосный сигнал через узкополосный фильтр 5, поступает на выход устройства.

На фиг.2 представлена укрупненная структурная схема прототипа, где блоки 1, 3, 4, 8 объединены в блок режекции сигнала 1, частотных каналов, каждый из которых содержит блоки 10-14, объединены в блок фильтрации помех 3. Блоки 6, 7, 9 объединены в блок вычитания 4, блоки 5, 15, 16 - в приемное устройство широкополосных сигналов 5.

Укрупненная структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг. 2, где обозначено:
1 - блок режекции сигнала;
2 - генератор копии сигнала;
3 - блок фильтрации помех;
4 - блок вычитания;
5 - приемное устройство широкополосного сигнала.

Устройство, представленное на фиг. 2, содержит последовательно соединенные блок режекции сигнала 1, блок фильтрации помех 3, блок вычитания 4 и приемное устройство широкополосных сигналов 5, при этом первый вход блока 1, соединенный с первым входом блока 4, является входом устройства, генератор копии сигнала 2, выход которого соединен со вторым входом блока 1 и другим входом блока 5.

Устройство, представленное на фиг.2, работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный сигнал и узкополосные помехи, подается на первый вход блока 4 непосредственно, а на второй его вход - через последовательно соединенные блоки 1 и 3. В блоке 1 из входной смеси с использованием опорного сигнала блока 2, поступающего на его второй вход, производится режекция полезного широкополосного сигнала, при этом на его выходе выделяются оценки узкополосных помех, которые подаются на блок 3. В блоке 3 осуществляется фильтрация оценок узкополосных помех в N частотных каналах, обнаружение узкополосных помех в каждом из каналов и подключение частотного канала, в котором обнаружены помехи, ко второму входу блока 4, за счет чего обеспечивается компенсация узкополосных помех их оценками, выделенными в блоке 3. Число частотных каналов определяется соотношением где Δf - полоса спектра полезного широкополосного сигнала, ΔF- полоса пропускания одного частотного канала. С выхода блока 4 полезный широкополосный сигнал, в котором скомпенсированы узкополосные помехи, подается на блок 5, где осуществляется его корреляционная обработка с использованием опорного сигнала блока 2, поступающего на второй вход блока 5.

Недостатком прототипа является его низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее генератор копии сигналов и последовательно соединенные блок режекции сигнала, блок фильтрации помех и блок вычитания, первый вход которого соединен с первым входом блока режекции сигнала введены блок подавления помех большого уровня, первый вход которого является входом устройства, первый выход соединен с первым входом блока режекции сигнала, второй выход блока подавления помех большого уровня соединен с первым входом обнаружителя помех большого уровня, второй вход которого через формирователь высокого порога соединен с третьим выходом блока подавления помех большого уровня, четвертый выход которого присоединен ко второму входу блока управления коммутации каналов, первый вход которого соединен с выходом обнаружителя помех большого уровня. Причем первый выход блока управления коммутацией каналов соединен со вторым входом блока подавления помех большого уровня и со вторым входом блока коррекции опорного сигнала, первый вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала, а выход блока коррекции опорного сигнала соединен со вторым входом блока режекции сигнала.

Кроме того, второй выход блока управления коммутации каналов соединен со вторым входом блока фильтрации помех, а выход блока вычитания является выходом устройства.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.3, где обозначено:
1 - блок режекции сигнала;
2 - генератор копии сигнала;
3 - блок фильтрации помех;
4 - блок вычитания;
5 - блок коррекции опорного сигнала;
6 - блок подавления помех большого уровня;
7 - формирователь высокого порога;
8 - обнаружитель помех большого уровня;
9 - блок управления коммутацией каналов.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные блок режекции сигнала 1, блок фильтрации помех 3 и блок вычитания 4, выход которого является выходом устройства, а первый вход блока вычитания 4 соединен с первым входом блока режекции сигнала 1 и с первым выходом блока подавления помех большого уровня 6, второй выход которого соединен с первым входом обнаружителя помех большого уровня 6, а третий выход - через формирователь высокого порога 7 соединен со вторым входом обнаружителя помех большого уровня 8, выход которого соединен с первым входом блока управления коммутацией каналов 9, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока подавления помех большого уровня 6, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с первым выходом блока управления коммутацией каналов 9, второй выход которого присоединен ко второму входу блока фильтрации помех 3, а также второй вход блока подавления помех большого уровня 6 соединен со вторым входом блока коррекции опорного сигнала 5, первый вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала 2, а выход блока коррекции 5 соединен со вторым входом блока режекции сигнала соответственно.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный сигнал и узкополосные помехи, подается на первый вход блока 6. Блок 6 содержит N частотных каналов, полоса пропускания каждого канала ΔF определяется соотношением , где Δf - полоса спектра широкополосного полезного сигнала.

В каждом канале осуществляется детектирование отфильтрованной в полосе ΔF входной смеси и сравнение выделенной огибающей напряжения с низким порогом. Команда о превышении (непревышении) низкого порога с четвертого выхода блока 6 подается на второй вход блока 9. Огибающая напряжения (продетектированное напряжение частотного канала) подается на первый вход блока 8 со второго выхода блока 6, а с третьего его выхода напряжение низкого порога подается на блок 7, где за счет его усиления формируется высокий порог, который подается на второй вход блока 8. В блоке 8 за счет сравнения огибающей напряжения каждого канала с высоким порогом осуществляется обнаружение помех большого уровня. Команда о превышении (непревышении) высокого порога с выхода блока 8 подается на первый вход блока 9. Блок 9 управляет коммутацией каналов блоков 6 и 5. С первого выхода блока 9 на второй вход блока 6 подается команда на запирание тех частотных каналов, огибающая напряжения которых превысила высокий порог, то есть частотных каналов, в которых обнаружены узкополосные помехи большого уровня.

С первого выхода блока 6 входная смесь, из которой исключены участки спектра шириной ΔF, прореженные помехами большого уровня, поступает на первый вход блока 1, на второй вход которого подается опорный широкополосный сигнал, формируемый блоком 2 и корректируемый в блоке 5 по командам блока 9. Коррекция опорного сигнала заключается в том, что в блоке 5 режектируются те его участки спектра, которые соответствуют участкам спектра входной смеси, режектируемым в блоке 6, за счет чего обеспечивается согласование входного и опорного сигналов на входах блока 1, что обеспечивает эффективную режекцию полезного широкополосного сигнала в блоке 3 при изменяющейся помеховой обстановке. Блок 1 полностью аналогичен блоку 1 прототипа. В нем за счет перемножения синхронных входного и опорного широкополосных сигналов осуществляется свертка полезного широкополосного сигнала в узкополосный сигнал, который режектируется и не проходит на выход блока 1. В то же время на узкополосные помехи в блоке 1 накладывается манипуляция опорным сигналом, которая затем снимается за счет повторного перемножения с тем же опорным сигналом, в результате чего узкополосные помехи проходят на выход блока 1 практически без искажения.

С выхода блока 1 сформированные оценки узкополосных помех подаются на блок 3, состоящий из N частотных каналов (аналогичных каналам блока 6), которые запираются по командам блока 9 в том случае, если низкий порог в блоке 6 превышен, а высокий порог в блоке 8 не превышен. Таким образом на первый вход блока и от блока 6 поступает входная смесь, в которой исключена (за счет запирания соответствующих каналов) участки спектра, пораженные помехами большого уровня, а на второй его вход от блока 5 поступают оценки узкополосных помех, превысивших низкий порог. В блоке 4 осуществляется компенсация узкополосных помех малого уровня (превысивших низкий порог), на выходе его выделяется полезный широкополосный сигнал, в котором отрежектированы узкополосные помехи большого уровня и скомпенсированы помехи малого уровня.

Структурная схема блока 6 приведена на фиг.4, где обозначено:
61₁ - полосовой фильтр;
62₁ - амплитудный детектор;
63₁- ключ;
64₁- аттенюатор;
65₁- фазовращатель;
66₁- блок сравнения с низким порогом;
67₁- формирователь порога;
68 - сумматор.

Блок 6 содержит N частотных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных блоков 61, 63, 64, 65, выход блока 65 каждого из каналов соединен с соответствующим входом блока 66. Входы блоков 61 N каналов объединены и являются входом блока 6. В каждом канале выход блока 61 через блок 62 соединен с блоком 66, при этом выход блока 62 каждого канала является третьим выходом блока 6, а выход блока 66 является четвертым выходом блока 9. Выход блока 67 соединен с другим входом блока 66 и является вторым выходом.

В каждом канале сигнал фильтруется в блоке 61, а блоки 64 и 65 используются для выравнивания по амплитуде и фазе сигналов N каналов. Управление ключом 63 осуществляет блок 9. С выхода блока 61 напряжение поступает на блок 62, где за счет его амплитудного детектирования выделяется огибающая напряжения, которая в блоке 66 сравнивается с низким порогом 11₁, формируемым в блоке 67. Напряжения с выходов блоков 62, 66, 67 подаются на выходы каждого канала, являющиеся выходами блока 6.

Структурная схема блока 5 приведена на фиг.6, где обозначено:
51₁ - полосовой фильтр;
52₁ - ключ;
53₁ - аттенюатор;
54₁ - фазовращатель;
55 - сумматор.

Блок 5 содержит N частотных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные блоки 51, 52, 53 и 54, входы каналов объединены и являются входом блока 5, выходы каналов соединены каждый с соответствующим входом блока 55, выход которого является выходом блока 5.

Блок 5 работает следующим образом. В каждом из N частотных каналов входной сигнал (опорный сигнал блока 2) фильтруется в блоке 51, полоса пропускания которого выбирается равной полосе пропускания блока 61 (блока 6), отфильтрованный сигнал через ключ 52 (управляемый командами, поступающими от блока 9), блоки 53 и 54, обеспечивающие выравнивание сигналов N каналов по амплитуде и фазе, подается на блок 55, где происходит суммирование сигналов N каналов.

Блоки 51÷54 блока 5, аналогичны блокам 61, 63, 64, 65 блока 6. Одновременное запирание ключей 52 и 63 (фиг.4) по командам блока 9, обеспечивает согласование входного широкополосного сигнала, поступающего на первый вход блока 1, с выхода блока 6 с опорным широкополосным сигналом, поступающим на второй вход блока 1 от блока 5, так как при вырезании участков спектра широкополосного сигнала, осуществляется вырезание соответствующих участков спектра в опорном сигнале, что обеспечивает оптимальную обработку в блоке 1.

Структурная схема блока 9 приведена на фиг.5, где использованы следующие обозначения:
91, 92 - первый и второй инверторы;
93 - элемент "И".

Блок 9 содержит N каналов, каждый из которых состоит из первого инвертора 91, последовательно соединенных второго инвертора 92 и элемента "И" 93, при этом 1-ый вход канала соединен со входами блоков 91 и 92, 2-ой вход канала соединен с другим выходом блока 93, выход которого является первым выходом канала, а выход блока 91 является вторым выходом канала.

Блок 9 работает следующим образом. На первый вход каждого канала поступает команда об обнаружении помехи большого уровня (K_б) от блока 8 (фиг.3), которая, инвертируясь в блоке 91, со второго выхода канала подается на блоки 5 и 6 (фиг.3). Если высокий порог превышен (команда K_б принимает значение "1"), то на выходе 2 формируется команда "0", которая запирает соответствующие частотные каналы в блоках 5 и 6. Если высокий порог не превышен, на выходе блока 8 формируется команда "0", которая, инвертируясь в блоке 91, формирует команду "1", которая открывает соответствующие данному каналу блока 9 каналы блоков 5 и 6 (фиг.3). Одновременно команда K_б, поступающая на первый вход канала через блок 92, подается на первый вход блока 93, на второй вход которого подается команда о превышении (непревышении) низкого (K_н) порога от блока 6 (фиг.3). Если низкий порог превышен, команда K_н принимает значение "1", a высокий порог не превышен (K_б) принимает значение "0", которая инвертируясь в блоке 92 поступает на первый вход блока 93 в виде команды "1"), на выходе блока 93 формируется команда "1", которая с выхода 1 подается на блок 3, где отпирает соответствующий частотный канал, обеспечивая компенсацию соответствующей узкополоcной помехи и в блоке 4. Если K_б принимает значение "1", то на второй вход блока 93 она поступает в виде команды "0", поэтому при любом значении команды K_н, на выходе блока 93 формируется команда "0", которая запирает соответствующий частотный канал блока 3.

Блок 7 представляет из себя N каналов, каждый из которых содержит усилитель постоянного напряжения, обеспечивающий усиление напряжения низкого порога блока 67 в К раз, за счет чего на выходах блока 7 (шина из N проводов) формируются напряжения высокого порога.

Блок 8 представляет собой N каналов, в каждом канале осуществляется сравнение огибающей напряжения, поступающей от блока 62 (блок 6) с высоким порогом, поступающим от блока 7.

На второй вход блока 8 поступают напряжения высокого порога (шина из N проводов) от блока 7, на первый вход блока 8 поступают огибающие напряжения частотных каналов (шина из N проводов) от блока 6. На выходе блока 6 (шина из N проводов) формируются команды о превышении высокого порога в частотных каналах.

В прототипе обеспечивается компенсация узкополосных помех, превысивших порог, при этом степень подавления, достигаемая при компенсации, составляет (20÷40) дБ. При воздействии узкополосных помех большого уровня, превышающих уровень полезного сигнала на (60÷80) дБ, устройство-прототип не обеспечивает необходимую степень их подавления, обеспечивающую работоспособность приемника полезного широкополосного сигнала.

В предлагаемом устройстве узкополосные помехи большого уровня редактируются за счет запирания пораженных ими частотных каналов, а помехи малого уровня компенсируются. При этом обнаружение помех большого уровня производится за счет сравнения его с высоким порогом, который выбирается в К раз выше, чем уровень низкого порога, используемого при обнаружении помех малого уровня, где К - коэффициент, определяемый степенью подавления помех за счет их компенсации.

Таким образом помехоустойчивость предлагаемого устройства значительно выше, чем у прототипа, так как оно обеспечивает возможность подавления узкополосных помех практически любого уровня.

Формула изобретения

Устройство подавления узкополосных помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее генератор копии сигналов и последовательно соединенные блок режекции сигнала, блок фильтрации помех и блок вычитания, первый вход которого соединен с первым входом блока режекции сигнала, отличающееся тем, что введены блок подавления помех большого уровня, первый вход которого является входом устройства, первый выход соединен с первым входом блока режекции сигнала, второй выход блока подавления помех большего уровня соединен с первым входом обнаружителя помех большего уровня, второй вход которого через формирователь высокого порога соединен с третьим выходом блока подавления помех большего уровня, четвертый выход которого присоединен к второму входу блока управления коммутации каналов, первый вход которого соединен с выходом обнаружителя помех большого уровня, причем первый вход блока управления коммутацией каналов соединен с вторым входом блока подавления помех большего уровня и с вторым входом блока коррекции опорного сигнала, первый вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала, а выход блока коррекции опорного сигнала соединен с вторым входом блока режекции сигнала, кроме того, второй выход блока управления коммутацией каналов соединен с вторым входом блока фильтрации помех, а выход блока вычитания является выходом устройства, при этом блок подавления помех высокого уровня выполнен содержащим N частотных каналов, в каждом из которых осуществляется детектирование отфильтрованной входной смеси и формирование соответствующего сигнала на втором выходе и сравнение выделенной огибающей с низким порогом и формирование соответствующего сигнала на третьем выходе, а блок управления коммутацией каналов содержит N каналов, каждый из которых состоит из первого инвертора, последовательно соединенных второго инвертора и элемента И, при этом первый вход канала соединен с входами первого и второго инверторов, а второй вход канала соединен с другим входом элемента И, выход которого является первым выходом канала, вторым выходом которого является выход первого инвертора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6