Подавитель помех
Владельцы патента RU 2602669:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВО ТГТУ (RU)
Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат - улучшение подавления помех и устранения искажения полезного сигнала. Для этого в заявленное устройство для подавления помех, содержащее основную антенну, две вспомогательные антенны, три вычитающих устройства, устройство комплексного сопряжения, три умножителя, два сумматора и делитель, дополнительно введены два фазовращателя: вход первого из которых соединен с выходом первой вспомогательной антенны, а выход - с первым и вторым входами первых двух вычитающих устройств, соответвенно, где от второго вычитающего устройства отсоединен выход первой вспомогательной антенны; а вход второго из которых - с выходом второй вспомогательной антенны, а выход - со вторым входом третьего вычитающего устройства, где выход первого вычитающего устройства является выходом устройства для подавления помех. 2 ил.
Настоящее изобретение относится к устройствам подавления, используемым в радиотехнических системах подавления сигналов (помех), поступающих по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА), и может быть использовано в других системах, осуществляющих устранение нежелательных сигналов.
Из известных устройств подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в патенте RU №2254678 C2 от 20.06.2005, структурная схема которого приведена на фигуре 1. Это устройство содержит последовательно включенные первую вспомогательную антенну 1, третье вычитающее устройство 13, устройство комплексного сопряжения 2, первый умножитель 3, первый сумматор выборок 4, делитель 5, второй умножитель 6 и первое вычитающее устройство 7, второй вход которого соединен с выходом второго вычитающего устройства 12, при этом первый вход второго вычитающего устройства 12 соединен с выходом основной антенны 8 а второй вход второго вычитающего устройства 12 соединен с выходом первой вспомогательной антенны 1, и последовательно включенные второе вычитающее устройство 12, третий умножитель 9, второй сумматор выборок 10, выход которого соединен с вторым входом делителя 5, при этом вторые входы первого 3 и второго 6 умножителей соединены с выходом третьего вычитающего устройства 13, второй вход которого соединен с выходом второй вспомогательной антенны 11, а второй вход третьего умножителя 9 соединен с выходом устройства комплексного сопряжения 2. Выход первого вычитающего устройства 7 является выходом устройства подавления помех.
Недостатком такого устройства является низкий уровень подавления помех и искажение полезного сигнала на выходе устройства подавления помех, обусловленные наличием фазового сдвига между составляющими полезного сигнала на выходах основной и вспомогательных антенн. Такой фазовый сдвиг имеет место в случае, когда направление прихода полезного сигнала отлично от направления перпендикулярного базе антенн - линии, соединяющей основную и вспомогательные антенны.
Техническим результатом изобретения является повышение уровня подавления помех и устранение искажения полезного сигнала.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство подавления помех, содержащее последовательно включенные первую вспомогательную антенну, третье вычитающее устройство, устройство комплексного сопряжения, первый умножитель, первый сумматор выборок, делитель, второй умножитель и первое вычитающее устройство, второй вход которого соединен с выходом второго вычитающего устройства, при этом первый вход второго вычитающего устройства соединен с выходом основной антенны, а второй вход второго вычитающего устройства соединен с выходом первой вспомогательной антенны, и последовательно включенные второе вычитающее устройство, третий умножитель, второй сумматор выборок, выход которого соединен со вторым входом делителя, при этом вторые входы первого и второго умножителей соединены с выходом третьего вычитающего устройства, второй вход которого соединен с выходом второй вспомогательной антенны, а второй вход третьего умножителя соединен с выходом устройства комплексного сопряжения, дополнительно введены первый и второй фазовращатели, причем вход первого фазовращателя соединен с выходом первой вспомогательной антенны, а выход соединен с первым входом третьего вычитающего устройства и вторым входом второго вычитающего устройства, от которого отсоединен выход первой вспомогательной антенны, вход второго фазовращателя соединен с выходом второй вспомогательной антенны, а выход соединен со вторым входом третьего вычитающего устройства.
На фигуре 2 представлена структурная схема предлагаемого устройства подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам.
Устройство подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, содержит последовательно включенные устройства: первую вспомогательную антенну 1, первый фазовращатель 14, третье вычитающее устройство 13, устройство комплексного сопряжения 2, первый умножитель 3, первый сумматор выборок 4, делитель 5, второй умножитель 6 и первое вычитающее устройство 7, второй вход которого соединен с выходом второго вычитающего устройства 12, входы которого соединены с выходами основной 8 и первого фазовращателя 14 антенн, и последовательно включенные второе вычитающее устройство 12, третий умножитель 9, второй сумматор выборок 10, выход которого соединен со вторым входом делителя 5, при этом вторые входы первого 3 и второго 6 умножителей соединены с выходом третьего вычитающего устройства 13, второй вход третьего умножителя 9 соединен с выходом устройства комплексного сопряжения 2, а второй вход третьего вычитающего устройства 13 соединен с выходом второго фазовращателя 15, вход которого соединен с выходом первой вспомогательной антенны 11. Выход первого вычитающего устройства 7 является выходом устройства подавления помех.
Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода основной антенны 8 VM=S+U, представляющий собой сумму радиолокационного сигнала S, принятого главным лепестком ДНА, и помехового U, принятого боковыми лепестками ДНА, поступает на второе вычитающее устройство 12, на другой вход которого поступает сигнал с выхода первого фазовращателя 14. Основная антенна поворачивается в направлении на цель, а вспомогательные антенны неподвижны. Первая вспомогательная антенна 1 является ненаправленной с коэффициентом направленного действия, определяемым уровнем боковых лепестков ДНА основной антенны 8. Первая вспомогательная антенна 1 смещена относительно основной антенны 8 на расстояние d, что приводит к сдвигу по фазе помехового сигнала, принятого этой антенной, относительно помехового сигнала, принятого основной антенной 8, на величину φП=2π(d/λ)sinαП, где αП - направление прихода помехового сигнала, отсчитываемое от нормали к базе антенн - линии соединяющей основную 8 и вспомогательные антенны 1 и 11. Также происходит сдвиг по фазе полезного сигнала принятого этой антенной, относительно полезного сигнал,а принятого основной антенной 8 на величину φС=2π(d/λ)sinαC, где αC - направление прихода полезного сигнала, отсчитываемое от нормали к базе антенн. С учетом сказанного, сигнал на выходе первой вспомогательной антенны 1 можно записать в виде
VA=SОСЛ·exp{jφС}+U·exp{jφП},
где SОСЛ _ ослабленный полезный сигнал на выходе первой вспомогательной антенны 1. Наличие ослабленного полезного сигнала обусловлено тем, что первая вспомогательная антенна 1 имеет определенный коэффициент направленного действия в направлении прихода полезного сигнала, определяемого уровнем боковых лепестков ДНА основной антенны 8. Этот сигнал поступает на вход первого фазовращателя, который обеспечивает изменение фазы входного сигнала на величину φС, пропорциональную углу прихода полезного сигнала, и что тоже самое - углу поворота основной антенны. Тогда сигнал на выходе первого фазовращателя можно записать в виде [Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986]
Вторая вспомогательная антенна 11 смещена относительно первой вспомогательной антенны 1, вдоль базы антенн, на расстояние d и имеет коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков ДНА основной антенны 8. Сигнал на выходе второй вспомогательной антенны 11 имеет вид
VB=SОСЛ·ехр{j2φС}+Uexp{j2φП}.
Этот сигнал поступает на вход второго фазовращателя, который обеспечивает изменение фазы входного сигнала на величину 2φС. Тогда сигнал на выходе второго управляемого фазовращателя можно записать в виде
Сигналы с выходов первого 14 и второго 15 фазовращателей поступают на входы третьего вычитающего устройства 13. Кроме того, сигнал с выхода первого фазовращателя поступает на второй вход второго вычитающего устройства 12, на первый вход которого поступает сигнал с выхода основной антенны 8.
С учетом введенных обозначений, сигналы на выходах второго 12 и третьего 13 вычитающих устройств соответственно будут имеет вид:VH=S-SОСЛ+U·(1-ехр{j(φП-φС)}).
VO=U·ехр{j(φП-φС)}·(1-ехр{j(φП-φС)}).
Сигнал VO с выхода третьего вычитающего устройства 13 поступает на устройство комплексного сопряжения 2, а также первый 3 и второй 6 умножители. С выхода устройства комплексного сопряжения 2 сигнал поступает на входы первого 3 и третьего 9 умножителей. На другой вход третьего умножителя 9 поступает сигнал с выхода второго вычитающего устройства 12. Сигналы с выходов первого 3 и третьего 9 умножителей поступают соответственно на первый 4 и второй 10 сумматоры выборок с выходов которых поступают на входы делителя 5.
Весовой коэффициент, получаемый на выходе делителя 5, определяется выражением
где знак * - означает комплексно сопряженное число, М{} - операция математического усреднения. С учетом введенных обозначений получаем оптимальное, для эффективного подавления помех, значение весового коэффициента [Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986]
W=exp{-j(φП-φС)}.
Значение весового коэффициента, получаемое в прототипе имеет вид
где b - коэффициент, характеризующий ослабление полезного сигнала вспомогательной антенной, 
, 
- дисперсии полезного и помехового сигналов на выходе основной антенны 8. Анализ последнего выражения показывает, что весовой коэффициент содержит два слагаемых, одно из которых обеспечивает подавление помехи, а другое - подавление полезного сигнала.
Выходной сигнал прототипа имеет вид
VR=S+U-SОСЛ·exp{jφС}-U·exp{jφП}-WSОСЛexp{jφС}(1-exp{jφС})-WUexp{jφП}(1-exp{jφП}),
то есть содержит не скомпенсированные остатки помехи и искаженный полезный сигнал.
В предлагаемом устройстве, в формировании весового коэффициента и выходного сигнала компенсатора VR=VM-WVO участвует сигнал VO, с выхода третьего вычитающего устройства 13, не содержащий составляющих полезного сигнала.
Выходной сигнал подавителя помех определяется выражением
VR=VH-W·VO=S-SОСЛ,
то есть содержит только составляющие полезного сигнала.
Таким образом, предлагаемое устройство устраняет влияние фазового сдвига между составляющими полезного сигнала на выходах основной и вспомогательных антенн на уровень подавления помех и искажение полезного сигнала на выходе устройства компенсации помех.
Все элементы предлагаемого устройства могут быть реализованы на современной элементной базе.
Использование изобретения в этой связи позволяет повысить уровень подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, и устранить искажение полезного сигнала.
Устройство подавления помех, содержащее последовательно включенные третье вычитающее устройство, устройство комплексного сопряжения, первый умножитель, первый сумматор выборок, делитель, второй умножитель и первое вычитающее устройство, второй вход которого соединен с выходом второго вычитающего устройства, первый вход которого соединен с выходом основной антенны, и последовательно включенные второе вычитающее устройство, третий умножитель, второй сумматор выборок, выход которого соединен со вторым входом делителя, при этом вторые входы первого и второго умножителей соединены с выходом третьего вычитающего устройства, а второй вход третьего умножителя соединен с выходом устройства комплексного сопряжения, дополнительно введены первый и второй фазовращатели, причем вход первого фазовращателя соединен с выходом первой вспомогательной антенны, а выход - с первым входом третьего вычитающего устройства и вторым входом второго вычитающего устройства, вход второго фазовращателя соединен с выходом второй вспомогательной антенны, а выход - со вторым входом третьего вычитающего устройства, выход первого вычитающего устройства является выходом устройства подавления помех.
