Устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и может применяться в приемниках широкополосных сигналов. В устройстве обеспечивается формирование оценки помех за счет режекции из входной смеси полезного широкополосного сигнала, при этом полоса режекции свернутого полезного широкополосного сигнала не увеличивается в каналах с многолучевостью. В устройстве на входах ветвей компенсации включены соответствующие ограничители, что обеспечивает полную корреляцию сигналов на входах третьего перемножителя. Технический результат - постоянная степень подавления помех как при отсутствии многолучевости канала, так и при ее наличии. 2 ил.

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 200669, H 04 B 1/10, 2000659, H 04 B 1/10, 2143781, H 04 B 1/10, недостатком которых является малая степень подавления помех в условиях многолучевости.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство по патенту РФ 2157049, структурная схема которого приведена на фиг.1, где обозначено: 1, 3, 7, 9 - первый, второй, третий и четвертый перемножители; 2 - полосовой фильтр; 4 - генератор псевдослучайной последовательности; 5 - ограничитель; 6, 12, 13, 14 - первый, второй, третий и четвертый элементы задержки; 8 - режекторный фильтр; 10 - аттенюатор; 11 - вычитатель.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, полосовой фильтр 2, второй перемножитель 3, ограничитель 5, выход которого соединен с опорным входом третьего перемножителя 7 и через четвертый элемент задержки 14 с опорным входом четвертого перемножителя 9.

Входы первого перемножителя 1, первого 6 и второго 12 элементов задержки объединены и являются входом устройства. Выход первого элемента задержки 6 через последовательно соединенные третий перемножитель 7, режекторный фильтр 8, четвертый перемножитель 9 и аттенюатор 10 соединен со вторым входом вычитателя 11, выход которого является выходом устройства. Первый вход зычитателя 11 соединен с выходом второго элемента задержки.

Выход генератора псевдослучайной последовательности соединен с опорным входом первого перемножителя 1 и через третий элемент задержки 13 - с опорным входом второго перемножителя 3.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входной широкополосный сигнал и узкополосная помеха поступают на сигнальный вход блока 1, на опорный вход которого подается опорная псевдослучайная последовательность полезного сигнала с выхода блока 4, синхронная с входным широкополосным сигналом. За счет перемножения входного и опорного широкополосных сигналов, широкополосный сигнал сворачивается в блоке 1 в узкополосный сигнал, который фильтруется блоком 2 и подается с выхода блока 2 на сигнальный вход блока 3.

В блоке 1 на узкополосную помеху накладывается манипуляция широкополосным опорным сигналом блока 4, которая затем снимается в блоке 3 за счет перемножения с тем же самым опорным сигналом. Часть спектра широкополосной помехи, сформировавшейся из узкополосной помехи в блоке 1, попадает в полосу пропускания блока 2, после чего подается на сигнальный вход блока 3, на опорный вход которого поступает опорная псевдослучайная последовательность с выхода блока 4 через блок 13. Таким образом, на сигнальный вход блока 3 подается смесь свернутого узкополосного сигнала и узкая часть спектра широкополосной помехи, сформировавшейся из узкополосной. Эта смесь в блоке 3 перемножается с опорной псевдослучайной последовательностью полезного сигнала, в результате чего на выходе блока 3 выделяется смесь широкополосного сигнала и широкополосной помехи, коррелированной с широкополосным полезным сигналом (имеющей ту же несущую и тот же закон манипуляции и отличающейся от полезного сигнала только начальной фазой).

Эта широкополосная смесь после ограничения в блоке 5, обеспечивающего постоянство ее уровня при изменениях уровней сигнала и помех на входе устройства, поступает на опорный вход блока 7 и через блок 14 - на опорный вход блока 9. На сигнальный вход блока 7 через блок 6 подается входная смесь, которая в блоке 7 перемножается с опорной широкополосной смесью, коррелированной с полезным сигналом. В блоке 7 осуществляется свертка широкополосного входного сигнала в узкополосный сигнал, который режектируется в блоке 8 и поэтому не проходит на второй вход блока 11. В то же время узкополосная помеха в блоке 7 за счет перемножения с широкополосным опорным сигналом становится широкополосной, часть спектра широкополосной помехи режектируется в блоке 8. Остальная часть широкополосной помехи подается на сигнальный вход блока 9, где перемножается с тем же опорным сигналом. За счет этого широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая через блок 16 подается на второй вход блока 11, где компенсирует помеху во входной смеси, поступающей со входа устройства на первый вход блока 11 через блок 12.

Блоки 6, 13, 14 обеспечивают синхронность перемножаемых напряжений с учетом задержек сигналов (помех) в аппаратуре. Блок 12 обеспечивает выравнивание по времени помехи и ее оценки на входах блока 11 с учетом затрат времени в аппаратуре при формировании оценки помехи. Блок 10 обеспечивает выранивание по амплитуде помехи и ее оценки.

Недостатком прототипа является малая степень подавления помех в условиях многолучевости.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый элемент задержки, третий перзмножитель, режекторный фильтр и четвертый перемножитель, последовательно соединенные первый перемножитель, полосовой фильтр, второй перемножитель и первый ограничитель, выход которого соединен с опорным входом четвертого перемножителя и через четвертый элемент задержки - с опорным входом четвертого перемножителя, кроме того, выход генератора ПСП соединен с опорным входом первого перемножителя и через третий элемент задержки - с опорным входом второго перемножителя, входы первого перемножителя и первого элемента задержки соединены, вход второго элемента задержки является входом устройства, а выход второго элемента задержки соединен с первым входом вычитателя, выход которого является выходом устройства, введены второй ограничитель и последовательно соединенные синхронно-фазовый фильтр, регулируемый усилитель, пятый перемножитель и интегратор. При этом выход интегратора соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, выход которого соединен со вторым входом пятого перемножителя, причем выход второго элемента задержки соединен с входом синхронно-фазового фильтра, опорный вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя. Вход второго ограничителя соединен с входом второго элемента задержки, выход второго ограничителя соединен с входом первого элемента задержки.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено: 1, 3, 7, 9, 17 - первый, второй, третий, четвертый и пятый перемножители;
2 - полосовой фильтр;
4 - генератор псевдослучайной последовательности (ПСП);
5, 15 - первый и второй ограничитель;
6, 12, 13, 14 - первый, второй, третий и четвертый элементы задержки;
8 - режекторный фильтр;
10 - регулируемый усилитель;
11 - вычитатель;
16 - синхронно-фазовый фильтр;
18 - интегратор.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, полосовой фильтр 2, второй перемножитель 3 и первый ограничитель 5, последовательно соединенные второй ограничитель 15, первый элемент задержки 6, третий перемножитель 7, режекторный фильтр 8, четвертый перемножитель 9, синхронно-фазовый фильтр 16, регулируемый усилитель 10 и пятый перемножитель 17. При этом входы второго ограничителя 15 и второго элемента задержки 12 соединены и являются входом устройства. Вход первого элемента задержки 6 соединен с входом первого перемножителя 1, опорный вход которого соединен с выходом генератора ПСП 4 и через третий элемент задержки 13 - с опорным входом второго перемножителя 3. Выход первого ограничителя 5 соединен с опорным входом третьего перемножителя 7 и через четвертый элемент задержки 14 - с опорным входом четвертого перемножителя 9. Выход второго элемента задержки 12 соединен с входом синхронно-фазового фильтра 16 и первым входом вычитателя 11, второй вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя 10. Выход вычитателя 11 соединен со вторым входом пятого перемножителя 17 и является выходом устройства. Выход пятого перемножителя 17 через интегратор 18 соединен с управляющим входом регулируемого усилителя 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, состоящая из полезного широкополосного сигнала и помехи (например, узкополосной), со входа устройства через блок 15, осуществляющий ее жесткое ограничение, и блок 6 поступает на вход первого перемножителя 1, на опорный вход которого с выхода блока 4 подается опорная псевдослучайная последовательность (ПСП) полезного широкополосного сигнала, синхронная с полезным широкополосным сигналом во входной смеси. За счет перемножения входного полезного широкополосного сигнала и его опорной ПСП широкополосный полезный сигнал в блоке 1 сворачивается в узкополосный сигнал, который фильтруется в блоке 2, после чего подается на вход блока 3. Узкополосная помеха в блоке 1 превращается в широкополосную помеху за счет ее перемножения (манипуляции по фазе на (0; π) ПСП блока 4. Часть спектра широкополосной помехи попадает в полосу пропускания блока 2, в котором за счет фильтрации она превращается в узкополосную помеху и подается на вход блока 3, на опорный вход которого поступает ПСП с блока 4 через элемент задержки 13.

Таким образом, на вход блока 3 поступает смесь узкополосного (свернутого) полезного сигнала и узкополосной помехи, сформированной из широкополосной помехи (образовавшейся за счет расширения спектра узкополосной помехи в блоке 1).

Эта смесь в блоке 3 перемножается (манипулируется по фазе на 0, π) с опорной ПСП полезного сигнала, в результате чего на выходе блока 3 выделяется смесь широкополосного полезного сигнала и коррелированной с ним широкополосной помехи (образовавшейся в рассматриваемом примере из узкополосной помехи), отличающейся от полезного широкополосного сигнала начальной фазой амплитуды.

Эта смесь после амплитудного ограничения в блоке 5, обеспечивающего постоянство уровня напряжения на выходе блока 5, поступает на опорный вход блока 7 и через четвертый элемент задержки 14 - на опорный вход блока 9. На вход блока 7 подается ограниченная входная смесь с выхода блока 15 через блок 6. В блоке 7 осуществляется свертка широкополосного сигнала с коррелированным с ним опорным сигналом блока 5, представляющим собой оценку входного широкополосного сигнала. Результат свертки на выходе блока 7 представляет собой узкополосный сигнал, который режектируется блоком 8 и не поступает на второй вход блока 11.

В то же время в блоке 7 на узкополосную помеху накладывается манипуляция широкополосным опорным сигналом, который затем снимается в блоке 9 за счет перемножения с тем же опорным сигналом, поступающим на опорный вход блока 9 через блок 14. При этом режекцией части расширенного спектра помех в блоке 8 можно пренебречь в связи с узостью его полосы режекции. Таким образом, с выхода блока 9 на опорный вход блока 16 поступает узкополосная помеха постоянной амплитуды, а с выхода блока 12 на вход блока 16 - входная смесь. На выход блока 16 проходят только те сигналы (помехи), которые присутствуют на опорном входе блока 16. Так как на опорном входе блока 16 присутствует только оценка узкополосной помехи, то на выходе блока 16 выделяется только узкополосная помеха, при этом в соответствии с монографией В.М. Свистова. Радиолокационные системы и их обработка. М.: Сов. радио, 1977, с.123 фаза ее совпадает с фазой узкополосной помехи на его входе, а амплитуда ее с точностью до постоянного множителя совпадает с амплитудой узкополосной помехи на его сигнальном входе.

Максимальное приближение постоянного множителя амплитуды оценки помехи к единице, определяемое коэффициентами передачи блоков 16 и 10, достигается за счет автоматической регулировки коэффициента передачи блока 10, осуществляемой с использованием блоков 17 и 18. Действительно, в блоке 17 происходит перемножение напряжения оценки помехи на выходе блока 10 и остаточного напряжения помехи на выходе блока 11. Результат перемножения интегрируется блоком 18 и используется для регулировки коэффициента передачи блока 10. Чем больше остаточное напряжение помехи на выходе блока 11, тем большее напряжение на управляющем входе блока 10. При этом коэффициент передачи блока 10 увеличивается, а остаточное напряжение на выходе блока 11 уменьшается.

Таким образом, блок 16 обеспечивает автоматическую подстройку амплитуды и фазы сформированной оценки узкополосной помехи под амплитуду и фазу соответствующей помехи во входной смеси. Постоянный множитель определяет коэффициент передачи блока 16. С помощью блока 10 коэффициент передачи тракта, состоящего из блоков 16 и 10, выбирается максимально близким к единице. На первый вход блока 11 поступает входная смесь через блок 12, на второй его вход - оценка помехи с выхода блока 10. Таким образом, в блоке 11 происходит компенсация узкополосной помехи, а полезный сигнал на его выход приходит практически без искажения.

Блоки 6, 14, 13 обеспечивают синхронность перемножаемых напряжений в блоках 7, 9, 3. Блок 12 обеспечивает выравнивание по времени помехи и ее оценки на входах блока 11, их величины подбираются при настройке блока с учетом задержек сигналов (помех) в аппаратуре.

В устройстве-прототипе при работе в каналах с многолучевостью снижается степень подавления помех. Так, при наличии многолучевости появляется паразитная амплитудная модуляция полезного сигнала. Наличие паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала приводит к расширению его спектра. Поэтому в условиях многолучевости часть спектра свернутого полезного сигнала лежит за пределами полосы режекции блока 8 и приходит на вход блока 11, где компенсирует полезный сигнал во входной смеси, что приводит к потере мощности полезного сигнала на выходе блока 11. Для исключения эффекта подавления полезного сигнала в блоке 11 в прототипе необходимо расширять полосу режекции блока 8, что приводит к увеличению степени искажения оценки помехи за счет увеличения части расширенного спектра помехи, режектируемой в блоке 8. При этом степень подавления помехи снижается.

В предлагаемом устройстве осуществляется ограничение входной смеси в блоке 15. При этом на выходе ограничителя паразитная амплитудная модуляция превращается в паразитную фазовую модуляцию (см. Дж. Спилкер. Цифровая спутниковая связь. М.: Связь, 1979, с.290, И.С.Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1971, с.353).

Таким образом, на входы блоков 7 и 1 подается широкополосный сигнал с паразитной фазовой модуляцией, обусловленной многолучевостью. Поэтому оценка широкополосного сигнала, формируемая в блоках 1, 2, 3 с использованием блоков 4 и 13, имеет такую же паразитную фазовую модуляцию, как и полезный широкополосный сигнал на входе блока 7.

В связи с тем что перемножаемые в блоке 7 сигналы сохраняют свою корреляцию, как при наличии многолучевости, так и при ее отсутствии, результат свертки полезного сигнала и его оценки в блоке 7 в обоих случаях представляет собой узкополосный сигнал, широта спектра которого в предлагаемом устройстве не меняется при изменении характеристик канала.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается режекция полезного сигнала узкополосным режекторным фильтром, полоса режекции которого не расширяется при работе в каналах с многолучеэостью. Это означает, что в предлагаемом устройстве степень подавления помех не снижается в каналах с многолучевостью.

Сказанное справедливо при воздействии не только узкополосных, но и для широкополосных помех, структура которых отличается от структуры полезного сигнала.

Формула изобретения

1. Устройство компенсации помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее последовательно соединенные первый элемент задержки, третий перемножитель, режекторный фильтр и четвертый перемножитель, последовательно соединенные первый перемножитель, полосовой фильтр, второй перемножитель и первый ограничитель, выход которого соединен с опорным входом третьего перемножителя и через четвертый элемент задержки с опорным входом четвертого перемножителя, кроме того, выход генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) соединен с опорным входом первого перемножителя и через третий элемент задержки с опорным входом второго перемножителя, входы первого перемножителя и первого элемента задержки соединены, вход второго элемента задержки является входом устройства, а выход второго элемента задержки соединен с первым входом вычитателя, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что введены второй ограничитель и последовательно соединенные синхронно-фазовый фильтр, регулируемый усилитель, пятый перемножитель и интегратор, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, выход которого соединен со вторым входом вычитателя, выход которого соединен со вторым входом пятого перемножителя, при этом выход второго элемента задержки соединен с входом синхронно-фазового фильтра, опорный вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя, вход второго ограничителя соединен с входом второго элемента задержки, выход второго ограничителя соединен с входом первого элемента задержки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2