Адаптивный широкополосный усилитель-ограничитель- узкополосный усилитель

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в составе приемных радиолокационных, радионавигационных и радиосвязных устройствах. Технический результат заключается в повышении эффективности обнаружения слабых сигналов на фоне аддитивных широкополосных помех в условиях априорной неопределенности о статистических характеристиках помехи, для этого по выборке входной аддитивной смеси сигнала и шума, при малом отношении сигнал/помеха на входе, вычисляется текущая оценка параметра дисперсии помехи, которая используется для формирования уровня ограничения колебания на выходе широкополосного усилителя (ШУ) (2), Устройство также содержит дискретизатор (1), ограничитель (3), узкополосный усилитель (4), квадратор (5), вычислитель квадратного корня (6), усилитель (7), сумматор (8), интегратор (9), первый и второй перемножители (10, 13), накопитель (11) и делитель (12). 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в составе приемных радиолокационных, радионавигационных и радиосвязных устройств, функционирующих в условиях аддитивного воздействия широкополосных помех, при обнаружении слабых сигналов.

Известно устройство, состоящее из последовательно соединенных широкополосного усилителя, ограничителя и узкополосного усилителя (ШОУ) (Ю.С.Лезин Введение в теорию и технику радиотехнических систем: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1986, - 280 с.) Недостатком известного устройства ШОУ является то, что, принцип его действия основан на выделении первой гармоники входной аддитивной смеси на выходе широкополосного усилителя при ограничении колебания до меандра, при этом не учитывается возможное изменение интенсивности аддитивной широкополосной помехи и энергии узкополосного сигнала на входе устройства.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения слабых сигналов на фоне аддитивных широкополосных помех.

Сущность изобретения состоит в том, что к известному устройству ШОУ, состоящему из последовательно соединенных широкополосного усилителя, ограничителя и узкополосного усилителя, дополнительно подключены к входу широкополосного усилителя дискретизатор, вход которого является входом устройства, кроме того, к выходу дискретизатора подключены последовательно соединенные квадратор, вычислитель корня квадратного, усилитель, сумматор, интегратор и первый перемножитель, выход которого подсоединен ко второму регулирующему входу ограничителя, кроме того, к выходу квадратора подключены последовательно соединенные накопитель и делитель, выход делителя соединен с вторым входом первого перемножителя, к выходу квадратора подключен первый вход второго перемножителя, второй вход которого подсоединен к выходу первого перемножителя, а выход второго перемножителя подключен к второму входу сумматора, выход ограничителя подключен к входу узкополосного усилителя, выход которого является выходом адаптивного устройства ШОУ.

На чертеже приведена блок-схема адаптивного устройства ШОУ.

Адаптивное устройство ШОУ содержит последовательно соединенные дискретизатор 1, широкополосный усилитель (ШУ) 2, ограничитель 3 и узкополосный усилитель (УУ) 4, выход которого является выходом устройства, к выходу дискретизатора подключены последовательно соединенные квадратор 5, вычислитель корня квадратного (ВКК) 6, усилитель 7, сумматор 8, интегратор 9 и первый перемножитель 10, выход которого подсоединен ко второму регулирующему входу ограничителя 3, к выходу квадратора 5 подключены последовательно соединенные накопитель 11 и делитель 12, выход которого подключен к второму входу первого перемножителя 10, кроме того, к выходу квадратора 5 подключен первый вход второго перемножителя 13, второй вход которого подключен к выходу первого перемножителя 10, а выход подключен ко второму вычитающему входу сумматора 8.

При идеальном ограничении входной аддитивной смеси узкополосного полезного сигнала длительностью τ_и и широкополосной помехи на уровне U₀, выходное колебание ограничителя представляет собой меандр ±U₀. Энергия сигнала Е и спектральная интенсивность помехи на выходе ограничителя определяются соответственно выражениями

где α=4/π - коэффициент первой гармоники, образовавшейся при ограничении до уровня U₀; ΔF_ш - полоса пропускания ШУ.

При фиксированном U₀ отношение сигнал-помеха на входе УУ

не зависит от энергетических соотношений полезного сигнала и аддитивной помехи и при изменении интенсивности помехи выбранная схема становится неэффективной.

При описании вероятностных характеристик широкополосных помех может быть использовано распределение Лапласа в виде плотности распределения вероятностей

где λ>0 - параметр интенсивности помехи.

Адаптация уровня ограничения по параметру интенсивности помехи λ реализуется при использовании безынерционного нелинейного преобразователя с характеристикой вида

При этом отношение сигнал-помеха на входе УУ определяется выражением

где S - амплитуда полезного сигнала.

Оценка параметра интенсивности помехи λ, необходимая для установки уровня ограничения колебания на выходе ШУ, формируется с использованием критерия, основанного на минимизации среднего значения функционала

где n - 0, 1, 2,...

В условиях отсутствия априорных данных, заменяя усреднение по ансамблю усреднением по времени, с учетом дискретизации входной аддитивной смеси по времени, при n=2, процедура отыскания корня уравнения (6) выражается следующим рекуррентным алгоритмом

где х_i=х(t_i); t_i=iΔt; i=1...N; N - объем выборки; Δt=1/Δf; Δf - полоса пропускания линейного тракта приемника; Г_i - элемент последовательности положительных чисел.

Выбор Г_i определяет сходимость алгоритма адаптации (7). В условиях отсутствия априорных данных можно воспользоваться следующим рядом

Таким образом, в заявляемом адаптивном устройстве ШОУ вычисляется текущая опенка параметра интенсивности аддитивной широкополосной помехи в соответствии с рекуррентным алгоритмом

Полученная оценка обеспечивает формирование порогового уровня срабатывания ограничителя, пропорционального величине параметра интенсивности помехи.

Адаптивное устройство ШОУ работает следующим образом. На вход дискретизатора 1 подается аддитивная смесь полезного сигнала s(t) и помехи n(t)

x(t)=s(t)+n(t).

На выходе дискретизатора 1 формируется последовательность х_i=s_i+n_i, которая параллельно подается на входы ШУ 2 и квадратора 5. С выхода ШУ 2 последовательность отсчетов усиленной аддитивной смеси х_i подается на первый информационный вход ограничителя 3. С выхода квадратора 5 последовательность отсчетов поступает параллельно на входы ВКК 6, накопителя 11 и первый вход перемножителя 13. На выходе ВКК 6 формируются отсчеты , которые усиливаются с коэффициентом усиления, равным 2 в усилителе 7, и подаются на первый вход сумматора 8. На выходе накопителя 11 формируются отсчеты , которые подаются на вход делителя 12. На выходе делителя 12 формируются отсчеты - , которые подаются на второй вход перемножителя 10. На второй вход перемножителя 13 поступают отсчеты текущей оценки параметра дисперсии помехи которые формируются на выходе перемножителя 10. С выхода перемножителя 13 отсчеты поступают на второй вход сумматора 8. На выходе сумматора формируются отсчеты , которые через интегратор 9 подаются на первый вход перемножителя 10. С выхода перемножителя 10 отсчеты текущей оценки параметра дисперсии помехи подаются на второй регулирующий вход ограничителя 3, обеспечивая установку уровня ограничения колебания, поступающего на первый вход ограничителя 3. С выхода ограничителя 3 результирующее колебание поступает на вход УУ 4, выход которого является выходом адаптивного устройства ШОУ.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что устройства ШОУ широко известны. Однако их применение в сочетании с предлагаемым способом получения текущей оценки параметра дисперсии помехи, позволяет получить новые свойства, что приводит к повышению эффективности обнаружения слабых сигналов в условиях аддитивного воздействия широкополосных помех с неизвестными статистическими характеристиками.

Формула изобретения

Адаптивное устройство обнаружения слабых сигналов на фоне аддитивных широкополосных помех, содержащее последовательно соединенные широкополосный усилитель, ограничитель и узкополосный усилитель, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что к входу устройства дополнительно подключен дискретизатор, вход которого является входом устройства, а выход которого соединен с входом широкополосного усилителя, к выходу дискретизатора дополнительно подключены последовательно соединенные квадратор, вычислитель квадратного корня, усилитель, сумматор, интегратор и первый перемножитель, выход которого подключен ко второму регулирующему входу ограничителя, к выходу квадратора дополнительно подключены последовательно соединенные накопитель и делитель, выход которого подключен ко второму входу первого перемножителя, к выходу квадратора подключен первый вход второго перемножителя, второй вход которого подключен к выходу первого перемножителя, а выход подключен к входу сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1