Устройство борьбы с шумовыми помехами

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи. Достигаемый технический результат: повышение помехоустойчивости приема. Устройство борьбы с шумовыми помехами содержит широкополосный усилитель промежуточной частоты, подавитель узкополосных помех, содержащий n параллельных каналов, счетчик, сумматор, согласованный фильтр, два преобразователя параллельного кода в последовательный, генератор тактовых импульсов, дешифратор, два блока сжатия частотного спектра, каждый из которых содержит триггеры, блоки совпадения, счетчики, гетеродины и смесители. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано преимущественно в дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи и позиционных районах при воздействии узкополосных помех.

Известно устройство подавления узкополосных помех (например, а.с. СССР 754681, Н 04 В 1/10), содержащее n соединенных последовательно самонастраивающихся режекторных фильтров. Однако данное устройство вместе с помехами подавляет и часть спектра полезного сигнала.

Известно также устройство, в котором для подавления узкополосных помех используется гребенка коммутируемых фильтров (а. с. СССР 720730, Н 04 В 1/10).

Недостатком такого устройства является его сложность, обусловленная наличием гребенки узкополосных коммутируемых фильтров, и дополнительные электрические потери, вызванные неидентичностью и нестабильностью во времени амплитудных и фазочастотных характеристик отдельных фильтров.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство подавления узкополосных помех, приведенное в книге: Помехозащищенность радиосетей со сложными сигналами / Под ред. Г.И. Тузова. - М.: РИС, 1986, с.211, рис.7.3а, принятое за прототип.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения: 1 - широкополосный усилитель промежуточной частоты (УПЧ); 2 - подавитель узкополосных помех (блок защиты); 3 - сумматор, 4 - согласованный фильтр; 5₁-5_n - узкополосные усилители промежуточной частоты; 6₁-6_n - элементы подавления узкополосных помех; 7 - перемножитель; 8 - интегратор; 9 - генератор опорного сигнала.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: широкополосный УПЧ1, вход которого является входом устройства, выходом присоединен к входу подавителя узкополосных помех 2, состоящего из n параллельных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные узкополосный УПЧ5₁ и элемент подавления узкополосной помехи 6₁, при этом входы узкополосных УПЧ5₁-5_n соединены между собой; n выходов подавителя узкополосных помех 2 соединены соответственно с n входами сумматора 3, выход которого соединен с входом согласованного фильтра 4, состоящего из последовательно соединенных перемножителя 7 и интегратора 8, выход которого является выходом устройства, и генератор опорного сигнала 9, выход которого присоединен к второму входу перемножителя 7.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Принятый ШПС после преобразования частоты поступает на широкополосный УПЧ1, где усиливается до необходимой величины.

Усиленный в УПЧ1 сигнал поступает на подавитель узкополосных помех 2 (блок защиты от узкополосных помех), состоящий из n узкополосных УПЧ5₁-5_n и n элементов подавления узкополосных помех 6₁-6_n.

С помощью фильтров, входящих в узкополосные УПЧ5, вся полоса ШПС делится на n парциальных каналов:

где Δf - ширина полосы одного парциального канала;
ΔF - ширина полосы принятого ШПС;
n - число парциальных каналов.

Ширина полос всех n парциальных каналов должна быть одинакова и, кроме того, полосы частот парциальных каналов не должны перекрываться, поэтому амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики АЧХ и ФЧХ-подавителя помех представляется как сумма АЧХ и ФЧХ отдельных каналов.

Выбор ширины полосы пропускания каждого парциального канала производится с таким расчетом, чтобы в каждый парциальный канал попадало не более одной узкополосной помехи. При наличии в каком-либо из парциальных каналов узкополосной помехи производится подавление ее в элементах подавления 6₁-6_n, представляющие из себя нелинейные элементы, работающие либо в режиме ограничения входной смеси, либо в режиме ключа (канал открыт при малых уровнях помех и закрыт при больших уровнях помех).

С n выходов элементов подавления узкополосных помех 6₁-6_n сигнал поступает на соответствующие n входы сумматора 3, где суммируется по частотной полосе ΔF=n•Δf. С выхода сумматора 3 широкополосный сигнал поступает на согласованный фильтр 4.

В устройстве-прототипе в качестве согласованного фильтра может использоваться как пассивный согласованный фильтр, выполненный на основе многоотводной линии задержки, так и активный согласованный фильтр-коррелятор.

С помощью согласованного фильтра 4 производится снятие широкополосной модуляции, т.е. сворачивание.

Но данное устройство-прототип имеет следующие недостатки: в результате режектирования отдельных участков частотных составляющих сигнальный отклик на выходе согласованного фильтра имеет центральный - главный - выброс и многочисленные боковые выбросы, соизмеримые по амплитуде с основным выбросом. При изменении помеховой обстановки боковые выбросы сигнала на выходе согласованного фильтра 4 изменяются по амплитуде и перемещаются по времени, при этом одни из них исчезают, а появляются новые. В этих условиях обнаружение сигнала часто осуществляется по боковым выбросам, а система взаимной синхронизации подвержена постоянным выходам из режима слежения при изменении помеховой обстановки. При этом обеспечение заданной помехоустойчивости системы связи является весьма проблематичным, так как амплитуда боковых выбросов меньше амплитуды основного выброса, то есть снижается помехоустойчивость приема.

Для повышения помехоустойчивости приема в устройство борьбы с шумовыми помехами, содержащее широкополосный усилитель промежуточной частоты, вход которого является входом устройства, а выход усилителя промежуточной частоты присоединен к входу подавителя узкополосных помех, содержащего n парциальных каналов, при этом каждый канал состоит из последовательно соединенных узкополосного усилителя промежуточной частоты и элемента подавления узкополосных помех, причем все входы узкополосных усилителей промежуточной частоты соединены между собой и с выходом широкополосного усилителя промежуточной частоты; а также последовательно соединенные сумматор и согласованный фильтр, состоящий из последовательно соединенных перемножителя, первый вход которого соединен с входом согласованного фильтра, и интегратора, выход которого является выходом устройства, и генератора опорного сигнала, выход которого соединен с вторым входом перемножителя, введены первый и второй преобразователи параллельного кода в последовательный, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, вторым выходом присоединенный к входу первого счетчика, K выходов которого соединены с K входами дешифратора, а также первый и второй блоки сжатия частотного спектра; причем выходы первой группы узкополосных усилителей промежуточной частоты от первого до n/2 соединены соответственно с вторыми, сигнальными входами смесителей первого блока сжатия частотного спектра, а n выходов второй группы узкополосных усилителей промежуточной частоты от n(2+1) до n соединены соответственно со вторыми, сигнальными входами смесителей второго блока сжатия частотного спектра.

Выходы элементов подавления узкополосных помех первой группы от первого до n/2 соединены с n входами первого преобразователя параллельного кода в последовательный, выход которого присоединен к соединенным между собой вторым входам блоков совпадения первого блока сжатия частотного спектра, а n выходов элементов подавления узкополосных помех второй группы от n/2+1 до n соединены с n входами второго преобразователя параллельного кода в последовательный, выход которого присоединен к соединенным между собой вторым входам блоков совпадения второго блока сжатия частотного спектра.

Синхронизируемые входы первого и второго преобразователей параллельного кода в последовательный соединены между собой и с первом выходом генератора тактовых импульсов. В первом и втором блоках сжатия частотного спектра, каждый из которых содержит n/2 параллельных каналов, входы триггеров первых, вторых, . . . и n/2 каналов попарно соединены между собой и каждая пара соединена с одним из соответствующих K выходов дешифратора. Кроме того, выход триггера присоединен к первому входу блока совпадения, выход которого соединен с входом второго счетчика, K выходов которого соединены с первым, гетеродинным входом смесителя, выход которого соединен с одним из n входов сумматора.

На фиг. 3 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:
1 - широкополосный усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
2 - подавитель узкополосных помех (блок защиты от узкополосных помех);
3 - сумматор,
4 - согласованный фильтр,
5₁-5_n - узкополосный усилитель промежуточной частоты (УПЧ);
6₁-6_n - элементы подавления узкополосных помех;
7 - перемножитель;
8 - интегратор;
9 - генератор опорного сигнала;
10 - генератор тактовых импульсов;
11 - первый счетчик;
12 - дешифратор;
13₁ и 13_n - первый и второй преобразователи параллельного кода в последовательный;
14₁-14_n/2 - триггеры,
15₁-15_n/2 - блоки совпадения;
16₁-16_n/2 - вторые счетчики;
17₁-17_n/2 - гетеродины;
18₁-18_n/2 - смесители;
19₁ и 19₂ - первый и второй блоки сжатия частотного спектра.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи.

Широкополосный усилитель промежуточной частоты (УПЧ)1, вход которого является входом устройства, выходом соединен с входом подавителя узкополосных помех 2, содержащего n параллельных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных узкополосного усилителя промежуточной частоты 5₁ и элемента подавления узкополосных помех 6₁, при этом все входы узкополосных усилителей промежуточной частоты 5₁-5_n соединены между собой; кроме того, выходы первой группы узкополосных усилителей промежуточной частоты 5₁-5_n/2 соединены с вторыми, сигнальными, входами смесителей 18₁-18_n/2 первого блока сжатия частотного спектра 19₁, а выходы второй группы узкополосных усилителей промежуточной частоты 5_n/2+1-5_n соединены с вторыми, сигнальными, входами смесителей l8₁-18_n/2 второго блока сжатия частотного спектра 19₂; n выходов элементов подавления узкополосных помех 6₁-6_n/2 первой группы соединены соответственно с n входами первого преобразователя параллельного кода в последовательный 13₁, а n выходов элементов подавления узкополосных помех 6_n/2+1-6_n второй группы соединены соответственно с n входами второго преобразователя параллельного кода в последовательный 13₂.

Синхронизируемые входы первого 13₁ и второго 13₂ преобразователей параллельного кода в последовательный соединены между собой и с первым выходом генератора тактовых импульсов 10, второй выход которого соединен с входом первого счетчика 11, K выходов которого соединены с K входами дешифратора 12; в первом 19.1 и втором 19.2 блоках сжатия частотного спектра, каждый из которых содержит n/2 параллельных каналов, входы триггеров от 14₁ до 14_n/2 и от 14₁ ¹ до 14_n/2 ¹ первых, вторых,... и n/2 каналов попарно соединены между собой (вход триггера 14₁ с входом триггера 14₁ ¹; вход триггера 14₂ с входом триггера 14₂ ¹, вход триггера 14_n/2 с входом триггера 14_n/2'), и каждая пара соединена с одним из соответствующих K выходов дешифратора 12; кроме того, выход триггера 14₁ присоединен к первому входу блока совпадения 15₁, выход которого соединен с входом второго счетчика 16₁, K выходов которого соединены с K входами гетеродина 17₁, выход которого соединен с первым, гетеродинным входом смесителя 18₁, выход которого соединен с одним из n входов сумматора 3; вторые входы блоков совпадения 15₁-15_n/2 первого блока сжатия частотного спектра 19₁ соединены между собой и с выходом первого преобразователя параллельного кода в последовательный 13₁, а вторые входы блоков совпадения 15₁-15_n/2 второго блока сжатия частотного спектра 19₂ соединены между собой и с выходом второго преобразователя параллельного кода в последовательный 13₂.

Выходы параллельных n каналов первого и второго блоков сжатия частотного спектра 19₁ и 19₂ соединены с соответствующими входами сумматора 3, выход которого соединен с входом согласованного фильтра 4, состоящего из последовательно соединенных перемножителя 7 и интегратора 8, выход которого является выходам устройства, причем второй вход перемножителя 7 соединен с выходом генератора опорного сигнала 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образам.

Частотный спектр принятого сигнала при наличии отключенных ячеек сжимается к средней частоте справа и слева (см. фиг.2). Обозначим через n количество ячеек (парциальных каналов) блока защиты от узкополосных помех (n чаще всего бывает четным, так как спектр ФМ сигнала симметричен относительно центральной частоты). При этом ячейки с номерами ≤n/2 сдвигаются вправо по оси частот, а ячейки с номерами >n/2 сдвигаются влево по оси частот. Если количество выключенных ячеек блока защиты больше одной, то средние частоты каждой из ячеек должны перемещаться на различное количество Δf (Δf - ширина полосы частот каждой ячейки блока защиты). Таким образом, необходимо рассчитать количество α(i)Δf, на которое должен переместиться частотный спектр ячейки блока защиты (БЗ), i=1,2...n.

Алгоритм расчета (i) следующий:
1. Перенумерация отдельных ячеек БЗ по закону:

где i - исходный номер частотной ячейки БЗ,
i' - номер ячейки БЗ после перенумерации.

Частота гетеродина при этом расчитывается но формуле:

Ячейки БЗ перенумерованы с помощью (1) в виде 1,2,3...n/2 от центральной частоты влево и вправо соответственно. Просматриваются номера i' в порядке возрастания. До первой отключенной ячейки БЗ средние частоты ячеек с номерами i' остаются без изменения, после первой отключенной ячейки частот изменяются на Δf в соответствии с (2), после второй отключенной ячейки - на 2 Δf и т.д. влево и вправо от центральной частоты.

Блок-схема алгоритма приведена на фиг.3.

Принятый ШПС после преобразования частоты поступает на широкополосный УПЧ1, где усиливается до необходимой величины и затем поступает на блок защиты от узкополосных помех 2, состоящий из последовательно соединенных n узкополосных УПЧ5₁-5_n и n элементов подавления узкополосных помех 6₁-6_n.

С помощью фильтров, входящих в узкополосные УПЧ5₁-5_n вся полоса ШПС делится на n узких полос - парциальных каналов:

где Δf - ширина полосы одного парциального канала;
ΔF - ширина полосы принятого ШПС,
n - число парциальных каналов.

Причем ширина полос всех n парциальных каналов должна быть одинакова и, кроме того, полосы частот парциальных каналов не должны перекрываться. Поэтому амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики АЧХ и ФЧХ подавителя помех представляются как сумма АЧХ и ФЧХ отдельных каналов.

В каждом парциальном канале, кроме узкополосного фильтра, имеется усилитель, с помощью которого компенсируется затухание в фильтре своего парциального канала. Выбор полосы пропускания каждого парциального канала производится с таким расчетом, чтобы в каждый парциальный канал попадало не более одной узкополосной помехи.

При наличии в каком-либо из парциальных каналов узкополосной помехи производится ее подавление в элементах подавленния 6₁-6_n. Элементы подавления узкополосных помех 6₁-6_n представляют из себя нелинейные элементы, работающие либо в режиме ограничения входной смеси, либо в режиме ключа (канал открыт при малых уровнях помехи и закрыт при больших уровнях помех).

С выходов элементов подавления узкополосных помех 6₁-6_n/2 сигнал параллельным двоичным кодом поступает соответственно на n входов первого преобразователя параллельного кода в последовательный 13₁, а с выходов элементов подавления 6_n/2+1-6_n - на n входов второго преобразователя параллельного кода в последовательный 13₂.

Генератор тактовых импульсов 10 формирует импульсы с тактовой частотой обработки последовательного кода, которые поступают на тактируемые входы первого 13₁ и второго 13₂ преобразователей, а с другого выхода - на тактируемый вход первого счетчика 11, который до K выходам выдает двоичным кодом номер такта, который по K входам поступает на дешифратор 12. На одном из n/2 выходов дешифратора 12 появляется единичный импульс, который изменяет состояние соответствующего триггера 14₁-14₁ ¹ обоих блоков сжатия частотного спектра 19.1 и 19.2 в активное состояние, на выходах которых фиксируется логическая единица в заданные моменты времени в соответствии с номерами частотного канала БЗ.

С выходов триггеров 14₁-14_n/2 и первого и второго блоков сжатия частотного спектра 19.1 и 19.2 поступают на первые входы блоков совпадения 15₁-15_n/2, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов первого и второго преобразователей 13₁ и 13₂ соответственно. При наличии логических единиц на обеих входах одного из блоков совпадения 15₁-15_n/2 на выходе появляется логическая единица. Блоки совпадения могут быть выполнены на логических элементах И.

С выходов блоков совпадения 15₁-15_n/2 сигнал поступает на входы вторых счетчиков 16₁-16_n/2 соответственно, с выходов которых код количества перестановок специальных составляющих поступает на перестраиваемые гетеродины 17₁-17_n/2. Этот код определяет на сколько парциальных каналов должна сдвинуться частота гетеродина в ту или другую сторону. Эта частота гетеродина 17₁-17_n/2 поступает на гетеродинный вход смесителя 18₁-18_n/2, на сигнальный вход которого поступает сигнал с соответствующего выхода узкополосного УПЧ5₁-5_n.

В смесителях 18₁-18_n/2 парциальные каналы, которые были отключены элементами подавления узкополосных помех 6₁-6_n исключаются, а оставшиеся каналы перемещаются к центру частотного спектра, в результате чего частотный спектр сжимается, в нем исключаются провалы и он становится равномерным (см. фиг. 2), что приводит к значительному уменьшению боковых составляющих, а это, в свою очередь, приводит к повышению помехоустойчивости.

Формула изобретения

Устройство борьбы с шумовыми помехами, содержащее широкополосный усилитель промежуточной частоты, вход которого является входом устройства, а выход усилителя промежуточной частоты присоединен к входу подавителя узкополосных помех, содержащего n параллельных каналов, при этом каждый канал состоит из последовательно соединенных узкополосного усилителя промежуточной частоты и элемента подавления узкополосных помех, причем все входы узкополосных усилителей промежуточной частоты соединены между собой и с выходом широкополосного усилителя промежуточной частоты, а также последовательно соединенные сумматор и согласованный фильтр, состоящий из последовательно соединенных перемножителя, первый вход которого соединен с входом согласованного фильтра и интегратора, выход которого является выходом устройства, и генератора опорного сигнала, выход которого соединен со вторым входом перемножителя, отличающееся тем, что введены первый и второй преобразователи параллельного кода в последовательный, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, второй выход которого присоединен к входу первого счетчика, К выходов которого соединены с К входами дешифратора, а также первый и второй блоки сжатия частотного спектра; причем выходы первой группы узкополосных усилителей промежуточной частоты от первого до n/2 соединены соответственно с вторыми сигнальными входами смесителей первого блока сжатия частотного спектра, а выходы второй группы узкополосных усилителей промежуточной частоты от n/2+1 до n соединены соответственно со вторыми сигнальными входами смесителей второго блока сжатия частотного спектра; выходы элементов подавления узкополосных помех первой группы от первого до n/2 соединены с n входами первого преобразователя параллельного кода в последовательный, выход которого присоединен к соединенным между собой вторым входам блоков совпадения первого блока сжатия частотного спектра, а выходы элементов подавления узкополосных помех второй группы от n/2+1 до n соединены с n входами второго преобразователя параллельного кода в последовательный, выход которого присоединен к соединенным между собой вторым входам блоков совпадения второго блока сжатия частотного спектра; синхронизируемые входы первого и второго преобразователей параллельного кода в последовательный соединены между собой и с первым выходом генератора тактовых импульсов; в первом и втором блоках сжатия частотного спектра, каждый из которых содержит n/2 параллельных каналов, входы триггеров первых, вторых,... и n/2 каналов попарно соединены между собой и каждая пара соединена с одним из соответствующих К выходов дешифратора; кроме того, выход триггера присоединен к первому входу блока совпадения, выход которого соединен с входом второго счетчика, К выходов которого соединены с К входами гетеродина, выход которого соединен с первым гетеродинным входом смесителя, выход которого соединен с одним из n входов сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3