ЦИФРОВОЙ ПОДАВИТЕЛЬ ПОМЕХ Российский патент 2002 года по МПК G01S7/36 

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 США 4086592 по классу 343-1001 LE от 1978 года, структурная схема которого приведена на фиг. 1. Это устройство содержит последовательно включенные вспомогательную антенну 1, устройство комплексного сопряжения 2, первый умножитель 3, первый сумматор выборок 4, делитель 5, второй умножитель 6, вычитающее устройство 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода основной антенны 8 и последовательно включенные основную антенну 8, третий умножитель 9, второй сумматор выборок 10, выход которого соединен со вторым входом делителя 5, при этом на вторые входы первого 3 и второго 6 умножителей поступает сигнал со вспомогательной антенны 1, а на второй вход третьего умножителя 9 поступает сигнал с устройства комплексного сопряжения 2. Выход вычитающего устройства 7 является выходом устройства подавления помех.

Сигнал V_М с выхода основной антенны 8, например отраженный радиолокационный сигнал, принятый главным лепестком ДНА, поступает на вычитающее устройство 7. Этот сигнал V_М является комплексной величиной, содержащей векторные составляющие как полезной информации, так и помех. Полезные составляющие могут быть отраженными от цели сигналами, в то время как нежелательные составляющие могут представлять собой помехи, принятые по боковым лепесткам ДНА. Сигнал V_A с выхода вспомогательной антенны 1, имеющей коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков диаграммы направленности основной антенны 8, используется во втором умножителе 6 для получения взвешенного комплексного сигнала WV_A, который вычитается из комплексного сигнала V_M основного канала в вычитающем устройстве 7 для получения остаточного сигнала V_R. Кроме того, сигнал с выхода вспомогательной антенны 1 подается на вход первого умножителя 3, а также, пройдя через устройство комплексного сопряжения 2, формирующее комплексно-сопряженный сигнал V_A*, подается на вход первого 3 и третьего 9 умножителей, при этом на другой вход третьего умножителя подается сигнал с выхода основной антенны 8. Сигналы с выходов первого 3 и третьего 9 умножителей, пройдя соответственно через первый 4 и второй 10 сумматоры выборок, подаются на делитель 5, с выхода которого сигнал поступает на второй умножитель 6. В делителе 5 формируется значение W весового коэффициента, оптимальное по критерию минимума взаимной корреляции между выходным сигналом подавителя V_R и сигналом вспомогательного канала V_A.

Недостатком такого устройства является низкая эффективность его работы, обусловленная флуктуациями весового коэффициента W относительно оптимального значения и искажением формы полезного сигнала на выходе автокомпенсатора.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы подавителя помех.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство подавления помех, содержащее последовательно включенные вспомогательную антенну, устройство комплексного сопряжения, первый умножитель, первый сумматор выборок, делитель, второй умножитель, вычитающее устройство, на второй вход которого поступает сигнал с вывода основной антенны, и последовательно включенные основную антенну, третий умножитель, второй сумматор выборок, выход которого соединен со вторым входом делителя, при этом на вторые входы первого и второго умножителей поступает сигнал со вспомогательной антенны, а на второй вход третьего умножителя поступает сигнал с устройства комплексного сопряжения, дополнительно введены вторая и третья вспомогательные антенны, а также второе, третье и четвертое вычитающие устройства, причем вход третьего умножителя отключен от основной антенны и подключен к выходу третьего вычитающего устройства, на входы которого поступают сигналы с выходов первой и второй вспомогательных антенн, вход первого умножителя отключен от первой вспомогательной антенны и подключен к выходу четвертого вычитающего устройства, на входы которого поступают сигналы с выходов второй и третьей вспомогательных антенн, вход устройства комплексного сопряжения отключен от первой вспомогательной антенны и подключен к выходу четвертого вычитающего устройства, второй вход первого вычитающего устройства отключен от основной антенны и подключен к выходу второго вычитающего устройства, на входы которого поступают сигналы с выходов основной и первой вспомогательных антенн, а второй вход второго умножителя отключен от первой вспомогательной антенны и подключен к выходу третьего вычитающего устройства.

На фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемого цифрового подавителя помех, принимаемых по боковым лепесткам.

Цифровой подавитель помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, содержит последовательно включенные устройства: первую вспомогательную антенну 1, третье вычитающее устройство 14, третий умножитель 9, второй сумматор выборок 10, делитель 5, второй умножитель 6, первое вычитающее устройство 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго вычитающего устройства 13 и последовательно включенные третью вспомогательную антенну 12, четвертое вычитающее устройство 15, первый умножитель 3, первый сумматор выборок 4, выход которого соединен со вторым входом делителя 5, при этом на вторые входы первого 3 и третьего 9 умножителей поступает сигнал с выхода устройства комплексного сопряжения 2, вход которого соединен с выходом четвертого вычитающего устройства 15, а на вторые входы третьего 14 и четвертого 15 вычитающих устройств поступает сигнал с выхода второй вспомогательной антенны 11, кроме того, на второй вход второго умножителя 6 поступает сигнал с выхода третьего вычитающего устройства 14, а на входы второго вычитающего устройства 13 поступают сигналы с выходов основной 8 и первой вспомогательной антенн 1. Выход первого вычитающего устройства 7 является выходом устройства подавления помех.

Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода основной антенны 8V_M= S+U, представляющий собой сумму радиолокационного сигнала S, принятого главным лепестком ДНА, и помехового U, принятого боковыми лепестками ДНА, поступает на второе вычитающее устройство 13, на другой вход которого поступает сигнал V_A с выхода первой вспомогательной антенны 1.

Первая вспомогательная антенна 1 является ненаправленной с коэффициентом направленного действия, определяемым уровнем боковых лепестков ДН 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 на величину ϕ = 2π(d/λ)sinα, где α - направление прихода помехового сигнала, отсчитываемое от нормали к базе - линии, соединяющей основную 8 и вспомогательную 1 антенны. С учетом сказанного сигнал на выходе первой вспомогательной антенны 1 можно записать в виде:
V_A= S_осл+Uexp{jϕ},
где S_осл - 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, определяемый уровнем боковых лепестков ДН основной антенны 8. В данном случае полагаем, что полезный сигнал приходит с направления, перпендикулярного базе антенн.

Вторая вспомогательная антенна 11 смещена относительно первой вcпoмогательной антенны 1, вдоль базы антенн, на расстояние d и имеет коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков ДН основной антенны 8. Сигнал на выходе второй вспомогательной антенны 11 имеет вид:
V_B= S_осл+Uexp{j2ϕ}.
Третья вспомогательная антенна 12 смещена относительно второй вспомогательной антенны 11 на расстояние d и имеет коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков ДН основной антенны 8. Сигнал на выходе третьей вспомогательной антенны 12 имеет вид:
V_C= S_осл+Uexp{j3ϕ}.
С учетом введенных обозначений сигналы на выходах второго 13 V_О, третьего 14 V_P и четвертого 15 V_H вычитающих устройств соответственно будут иметь вид:
V_O= S-S_осл+U(1-exp{jϕ});
V_P= Uexp{jϕ}(1-exp{jϕ});
V_H= Uexp{j2ϕ}(1-exp{jϕ}).
Сигнал V_H с выхода четвертого вычитающего устройства 15 поступает на первый умножитель 3, на другой вход которого поступает этот же сигнал, прошедший через устройство комплексного сопряжения 2. Далее сигнал с выхода первого умножителя 3, пройдя через первый сумматор выборок 4, поступает на вход делителя 5. Сигнал V_P с выхода третьего вычитающего устройства 14 поступает на третий умножитель 9, на другой вход которого поступает сигнал с выхода устройства комплексного сопряжения 2, и далее через второй сумматор выборок 10 поступает на второй вход делителя 5. Весовой коэффициент, получаемый на выходе делителя 5, определяется выражением:
W=М{V_р V_H*}/М{V_H V_H*},
где знак * - означает комплексно-сопряженное число, М { } - oперация 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{-jϕ}.
Значение весового коэффициента, получаемое в прототипе, имеет вид:
W = (σ2п

exp{-jϕ}+ρbσ2c)/(σ2п+b²σ2c),
где ρ - коэффициент взаимной корреляции полезного сигнала, принятого основной 8 и вспомогательной 1 антеннами, σ2c, σ2п - соответственно дисперсии полезного и помехового сигналов, b - коэффициент, характеризующий уменьшение полезного сигнала во вспомогательных антеннах относительно основной.

Анализ последнего выражения показывает, что проникновение полезного сигнала во вспомогательную антенну, характеризуемое коэффициентом b, приводит к изменению весового коэффициента относительно оптимального значения W = exp{-jϕ}, что снижает эффективность работы автокомпенсатора из-за уменьшения подавления помех и искажения формы полезного сигнала. Искажение формы полезного сигнала в прототипе обусловлено также участием составляющих полезного сигнала принятого первой вспомогательной антенной 1 в формировании выходного сигнала автокомпенсатора.

V_R=V_M-WV_A.

В предлагаемом устройстве в формировании выходного сигнала участвует сигнал V_P с выхода третьего вычитающего устройства 14, не содержащий составляющих полезного сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство, обеспечивающее получение оптимального значения весового коэффициента и исключающее влияние составляющих полезного сигнала, проникающих во вспомогательную антенну, на формирование выходного сигнала автокомпенсатора, повышает эффективность работы подавителя помех.

Все элементы предлагаемого устройства могут быть реализованы на современной элементной базе.

Использование изобретения в этой связи позволяет повысить стабильность работы устройства подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА.

Цифровой подавитель помех содержит основную антенну, сигнал на выходе которой представляет сумму радиолокационного сигнала, принятого главным лепестком, и помехового сигнала, принятого боковыми лепестками, а также три вспомогательных антенны, каждая из которых имеет коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков диаграммы направленности основной антенны, при этом антенны смещены относительно друг друга вдоль базы антенны. К выходу основной антенны подключены последовательно второе вычитающее устройство, на другой вход которого поступает сигнал с выхода первой вспомогательной антенны, и первое вычитающее устройство, на другой вход которого через второй умножитель поступает сигнал, полученный в результате вычитания сигналов первой и второй вспомогательных антенн. На другой вход второго умножителя поступает сигнал, полученный в результате обработки сигналов с выходов второй и третьей вспомогательных антенн. Технический результат - повышение эффективности работы путем уменьшения влияния составляющих радиолокационного сигнала на формирование весового коэффициента. 2 ил.

Цифровой компенсатор помех, содержащий последовательно включенные устройство комплексного сопряжения, первый умножитель, первый сумматор выборок, делитель, второй умножитель, первое вычитающее устройство и последовательно включенные третий умножитель, второй сумматор выборок, выход которого соединен со вторым входом делителя, при этом на второй вход третьего умножителя поступает сигнал с устройства комплексного сопряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены вторая и третья вспомогательные антенны, а также второе, третье и четвертое вычитающие устройства, причем входы второго и третьего умножителей подключены к выходу третьего вычитающего устройства, на входы которого поступают сигналы с выходов первой и второй вспомогательных антенн, а входы первого умножителя и устройства комплексного сопряжения подключены к выходу четвертого вычитающего устройства, на входы которого поступают сигналы с выходов второй и третьей вспомогательных антенн, а на второй вход первого вычитающего устройства поступает сигнал с выхода второго вычитающего устройства, на входы которого поступают сигналы с выходов основной и первой вспомогательных антенн, выход первого вычитающего устройства является выходом устройства подавления помех.