УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ УЗКОПОЛОСНЫХ И ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ Российский патент 1998 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи, радионавигации и радиоуправления, работающих в условиях воздействия узкополосных и импульсных (широкополосных) помех.

Известно, что в каналах радиосвязи и радионавигации наряду с помехами типа флуктуационного шума присутствуют узкополосные и широкополосные (импульсные) помехи.

Известные устройства подавления таких помех как правило, строятся независимо и на существенно отличных принципах [2]. Устройства подавления узкополосных помех, как правило, реализуется на принципах режекции [3] или компенсации [2] и никак не защищают приемник от импульсных помех. Устройства защиты от импульсных помех, как правило, строятся на принципах Ш-О-У [1] с использованием амплитудного ограничителя, при этом в них не предусматривается никакой защиты от узкополосных помех и даже возможно ухудшение помехоустойчивости в присутствии узкополосных помех.

Известны также некоторые устройства, которые могут подавлять одновременно и узкополосные, и импульсные помехи, например, [4]: их недостаток заключается в недостаточно высокой помехоустойчивости в том случае, когда число узкополосных помех велико и параметры их неизвестны. Этот недостаток обусловлен применением для подавления узкополосных помех простейшего неперестраиваемого режекторного фильтра, настраиваемого в предположении, что действует одна узкополосная помеха с известными, фиксированными параметрами.

Наиболее близким по технической сущности аналогом предлагаемого устройства следует считать устройство подавления узкополосных и импульсных помех [3] , содержащее входной полосовой фильтр, последовательно соединенные элементы задержки, вход которого подключен к выходу входного полосового фильтра, первый вычитатель, фазовый корректор и узкополосный полосовой фильтр; а также второй вычитатель, вход которого подсоединен к выходам узкополосного и входного полосового фильтров, и звено с нелинейной амплитудной характеристикой, включающее третий вычитатель, вход которого соединен с выходом второго вычитателя, а выход - со входом первого вычитателя, и нелинейный преобразователь, вход которого соединен с выходом второго вычитателя, а выход - со входом третьего вычитателя и одновременно является выходом устройства.

Известное устройство работает следующим образом.

Смесь сигнала, узкополосных и импульсных помех поступает на вход устройства в момент t₁, а в момент времени t₂= t₁+τ , где τ - задержка во втором вычитателе, фронт импульса помехи проходит на выход второго вычитателя, и, следовательно, на входы нелинейного преобразователя и третьего вычитателя. Нелинейный преобразователь и третий вычитатель имеют совместную амплитудную характеристику, имеющую два участка. Первый участок, ограниченный среднеквадратическим значением фоновой составляющей, имеет вид так называемой "зоны нечувствительности". На этом участке происходит подавление шумов. На втором участке, близком к линейному, происходит выделение импульсов, превышающих уровень шумового фона. Итак, нелинейный преобразователь, работающий по фоновой составляющей шума, начиная с момента t₂ и до момента окончания импульса помехи на выходе второго вычитателя, осуществляет подавление импульсных помех, а вместе с ними сигнала и шума.

С момента времени t₃= t₂+τ начинает формироваться сигнал, являющийся оценкой импульсной помехи; формируемый сигнал оценки, кроме соответственно компоненты импульсной помехи, в течение длительности импульсной помехи содержит еще компоненту шумов и сигнала.

Поскольку время задержки элемента равно 2τ , импульс помехи на выходе элемента задержки и оценки импульсной помехи, полученная в третьем вычитателе, совпадают по времени, поэтому выходной процесс первого вычитателя не содержит импульсных помех. На время действия импульсной помехи на выходе первого вычитателя подавляются также компоненты сигнала и шума, и выходной процесс первого вычитателя задерживается на время τ относительно его входных процессов. После коррекции фазовым корректором набега фазы, возникающего при прохождении узкополосной помехи через элемент задержки, узкополосный полосовой фильтр выделяет узкополосную помеху и часть спектральных составляющих полезного сигнала. Таким образом, во втором вычитателе происходит компенсация узкополосной помехи и части полезного сигнала, т.е. режекция части спектра входного сигнала, определяемой АЧХ узкополосного фильтра.

При этом считается, что действует только одна мощная узкополосная помеха, и не учитывается влияние на достоверность приема полезного сигнала (вероятность ошибки) каждой узкополосной помехи по совокупности всех ее параметров. Если узкополосных помех много, то устройство-прототип не работает, так как неизвестно, какая из узкополосных помех проходит через узкополосный фильтр и режектируется. Кроме того, простейший метод подавления помехи-режекции приводит к тому, что вместе со спектральными составляющими помехи, вырезается часть спектра сигнала и теряется полезная информация.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости приема в условиях одновременного воздействия узкополосных и импульсных помех.

Для этой цели в предлагаемом устройстве ко второму вычитателю подключено N дополнительных компенсационных входов, каждый из которых подсоединен к выходу управляемого фазового корректора соответствующей схемы формирования сигнала компенсации n-й узкополосной помехи, каждая из которых состоит из двух узкополосных фильтров, перестраиваемого генератора с блоками ФАПЧ и автоматической регулировки коэффициента передачи, порогового блока, частотного детектора и управляемого фазового корректора, причем вход первого узкополосного фильтра подключен к выходу первого вычитателя, а вход второго - к выходу второго вычитателя.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства подавления узкополосных и импульсных помех. Устройство содержит входной полосовой фильтр 1, элемент задержки 2, первый вычитатель 3, N блоков формирования сигнала компенсации узкополосной помехи 4, каждый из которых содержит узкополосные фильтры 5 и 12, пороговый блок 6, управляемый фазовый корректор 7, частотный детектор 8, устройство фазовой автоподстройки частоты 9, перестраиваемый генератор 10 и блок автоматической регулировки коэффициента передачи 1, а также второй вычитатель 13, третий вычитатель 14 и нелинейный преобразователь 15.

Устройство работает следующим образом.

Допустим, на вход устройства поступает смесь сигнала, узкополосных и импульсных помех. Пройдя через входной полосовой фильтр 1, настроенный на частоту полезного сигнала, смесь поступает одновременно на вход второго вычитателя 13 и через элемент задержки 2 на первый вычитатель 3. В вычитателе 3 смесь подвергается вычитанию из нее сигнала оценки импульсной помехи, приходящего с вычитателя 14 (подробнее этот процесс будет описан ниже). Таким образом, на входы N ветвей компенсации узкополосной помехи смесь приходит уже очищенной от напряжения импульсной помехи, что исключает прохождение импульсной помехи через узкополосные фильтры 5, а следовательно, растяжение во времени и перекрытие с узкополосными помехами.

Для формирования компенсирующих напряжений узкополосных помех весь частотный диапазон разбит на N неперекрывающихся частотный полос. Для этого на входе каждого блока 4 включен первый полосовой фильтр 5 и второй полосовой фильтр 12. Причем все полосовые фильтры имеют прямоугольные неперекрывающиеся частотные характеристики. Таким образом, с помощью N полосовых фильтров 5 ширина спектра полезного сигнала охватывается полностью.

Отфильтрованный полосовым фильтром 5 сигнал узкополосной помехи поступает на вход системы фазовой автоподстройки частоты 9, управляющей перестраиваемым генератором 10, частота и фаза которого подстраиваются под среднюю частоту узкополосной помехи, попадающей в полосу частоты данного блока 4. Сигнал с выхода перестраиваемого генератора 10 подается через блок 11, пороговый блок 6 и управляемый фазовый корректор 7 на один из N входов второго вычитателя 13. Пороговый блок 6, управляемый сигналом с выхода полосового фильтра 5, определяет время действия узкополосной помехи и в соответствии с ним коммутирует компенсирующий сигнал на второй вычитатель 13.

На работу порогового блока 6 не влияют соседние узкополосные помехи и полезный сигнал. Необходимую противофазность компенсирующего напряжения обеспечивает управляемый фазовый корректор 7. Блок 11 осуществляет автоматическую регулировку амплитуды напряжения синхронизируемого генератора 10 в соответствии с огибающей узкополосной помехи по минимуму нескомпенсированного остатка помехи. Для этого на его второй вход через дополнительный полосовой фильтр 12 подается сигнал второго вычитателя 13. Дополнительный полосовой фильтр 12 имеет частотную характеристику, совпадающую с частотной характеристикой соответствующего полосового фильтра 5. Необходимость включения дополнительного полосового фильтра 12 обусловлена необходимостью повышения точности работы блока 11.

При включении полосовых фильтров 5 и элемента задержки 2 появляется дополнительный сдвиг фазы сигнала узкополосной помехи, который можно записать как Δϕ = Δϕ_фчх+ω_п•2τ, где Δϕ_фчх- сдвиг, определяемый фазочастотной характеристикой полосового фильтра 5, ω_п•2τ - набег фазы, возникающий при прохождении узкополосной помехи через элемент задержки (ω_п - средняя частота узкополосной помехи, 2τ - временная задержка, вносимая элементом 2). В связи с тем что суммарный фазовый сдвиг на выходе полосового фильтра 5 в полосе пропускания зависит от частоты узкополосной помехи, то простым включением постоянной фазосдвигающей цепочки скомпенсировать этот сдвиг невозможно.

Управляемый фазовый корректор 7 предназначен для компенсации суммарного фазового сдвига компенсирующего напряжения, возникающего за счет элемента задержки и неравномерной фазочастотной характеристики полосового фильтра 5. К выходу перестраиваемого генератора подключен частотный детектор 8, напряжение на выходе которого изменяется в соответствии с положением средней частоты узкополосной помехи в полосе пропускания полосового фильтра 5. Выходное напряжение частотного детектора 8 поступает на вход управляемого фазового корректора 7, который компенсирует дополнительный фазовый сдвиг. Точность фазирования при этом повышается, что приводит к значительному увеличению степени компенсации узкополосных помех.

После того как во втором вычитателе 13 из смеси сигнала узкополосных и импульсных помех происходит вычитание узкополосных помех, на вход нелинейного преобразователя 15 происходит смесь полезного сигнала и импульсных помех. Амплитудная характеристика нелинейного преобразователя имеет вид, показанный на фиг. 2, а совместная амплитудная характеристика нелинейного преобразователя и третьего вычитателя - вид, показанный на фиг. 3. Совместная амплитудная характеристика осуществляет подавление сигнала, флуктуационного шума и узкополосных помех (вернее, их нескомпенсированных остатков, проникших на выход второго вычитателя) и выделяет мощную импульсную помеху, которая с выхода третьего вычитателя 14 проходит на вход вычитателя 3, в результате чего из смеси сигнала узкополосных и импульсных помех осуществляется вычитание сигнала импульсных помех. Амплитудная характеристика же нелинейного преобразователя 15, наоборот, являясь линейной для полезного сигнала, подавляет (ограничивает) на выходе устройства мощную импульсную помеху; таким образом, на выходе нелинейного преобразователя 15 имеем только напряжение полезного сигнала.

Так как сигнал оценки импульсной помехи, проходящий через второй вычитатель 13 и третий вычитатель 14, подвергается в каждом из вычитателей одинаковой временной задержке τ, то необходимо задержать прохождение смеси сигнала и комплекса помех на вход первого вычитателя 3 на время 2τ. В этом случае сигнал импульсной помехи и сигнал ее оценки во времени будут совпадать. Задержка на время 2τ происходит в элементе задержки 2.

Блоки, входящие в состав заявляемого устройства, известны в радиотехнике. Для его реализации могут быть использованы как соответствующие блоки устройства-прототипа, так и блоки, описанные в других изобретениях, например, в [3], [4]. Все блоки устройства могут быть реализованы в интегральном исполнении. Варианты построения этих блоков можно найти в книге [5].

С целью подтверждения высокой эффективности работы данного устройства был изготовлен действующий макет блока защиты от узкополосных и импульсных помех для приемоиндикатора РНС "Лоран-С". Лабораторные испытания блока защиты показали, что схема полностью защищает от импульсных помех и компенсирует узкополосные помехи не менее чем на 40 дБ.

Источники информации
1. Буга Н. Н. и др. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов. -М.: Радио и связь, 1986.

2. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. -М.: Радио и связь, 1970.

3. Защита от радиопомех /Под ред. Максимова М.В. -М.: Сов. радио, 1976.

4. Ав.св. N 1243134, МКИ H 04 B 1/10.

5. Титце У. , Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. /Пер. с нем. -М.: Мир. 1982.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи, радионавигации и радиоуправления, работающих в условиях воздействия узкополосных и импульсных (широкополосных) помех. Устройство подавления узкополосных и импульсных помех, содержащее входной полосовой фильтр, последовательно соединенные элемент задержки и первый вычитатель, а также второй вычитатель, вход которого подключен к выходу входного полосового фильтра, и звено с нелинейной амплитудной характеристикой, содержащее третий вычитатель, вход которого является выходом всего устройства и соединен с выходом второго вычитателя, а выход - со входом первого вычитателя, и нелинейный преобразователь, вход которого соединен с выходом второго вычитателя, а выход - со входом третьего вычитателя, причем второй вычитатель имеет N дополнительных компенсационных входов, каждый из которых подключен к выходу управляемого фазового корректора соответствующего блока формирования сигнала компенсации n-й узкополосной помехи, каждый из которых состоит из двух узкополосных фильтров, перестраиваемого генератора с блоками фазовой автоподстройки частоты и автоматической регулировки коэффициента передачи, блока управляемого сигналом с выхода узкополосного фильтра и коммутирующего компенсирующий сигнал во время действия узкополосной помехи на вход управляемого фазового корректора блока, частотного детектора и управляемого фазового корректора, причем вход первого узко- полосного фильтра подключен к выходу первого вычитателя, а вход второго - к выходу второго вычитателя. 3 ил.

Устройство подавления узкополосных и импульсных помех, содержащее входной полосовой фильтр, последовательно соединенные элемент задержки и первый вычитатель, а также второй вычитатель, вход которого подключен к выходу входного полосового фильтра, и звено с нелинейной амплитудной характеристикой, содержащее третий вычислитель, один вход которого соединен с выходом нелинейного преобразователя и является выходом всего устройства, а второй вход соединен с выходом второго вычитателя и входом нелинейного преобразователя, отличающееся тем, что с целью повышения помехозащищенности, второй вычитатель имеет N дополнительных компенсационных входов, каждый из которых подключен к выходу управляемого фазового корректора соответствующего блока формирования сигнала компенсации n-й узкополосной помехи, включающего в себя последовательно соединенные узкополосный фильтр, устройство фазовой автоподстройки частоты, перестраиваемый генератор, блок автоматической регулировки коэффициента передачи, блок, управляемый сигналом с выхода узкополосного фильтра, и коммутирующий компенсирующий сигнал во время действия узкополосной помехи на вход управляемого фазового корректора, управляющий вход которого подключен через частотный детектор к выходу перестраиваемого генератора, второй вход блока автоматической регулировки коэффициента передачи подключен к выходу второго узкополосного фильтра, вход которого соединен с выходом второго вычитателя и входом нелинейного преобразователя.