УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ УЗКОПОЛОСНЫХ ПОМЕХ Российский патент 2010 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано преимущественно в дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в позиционных районах при воздействии узкополосных помех.

Известно устройство подавления узкополосных помех по а.с. №754681, Н04В 1/10, СССР, содержащее n соединенных последовательно самонастраивающихся режекторных фильтров, однако это устройство вместе с помехой подавляет и часть спектра полезного сигнала.

Известно устройство по а.с. №720730, Н04В 1/10, в котором для подавления помех используется гребенка коммутируемых фильтров. Недостатком данного устройства является его сложность, обусловленная наличием гребенки узкополосных коммутируемых фильтров и дополнительных электрических потерь, вызванных неидентичностью и нестабильностью во времени амплитудных и фазовых характеристик отдельных фильтров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство подавления помех, представленное в книге «Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами», под ред. Г.И. Тузова, М., «Радио и связь», 1985 г., стр.211, рис.7. 3а, принятое за прототип.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где обозначено:

1 - широкополосный усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

2 - подавитель узкополосных помех (блок защиты);

3 - сумматор;

4 - согласованный фильтр;

5₁-5_n - узкополосные усилители промежуточной частоты (УПЧ);

6₁-6_n - элементы подавления узкополосных помех;

7 - перемножитель;

8 - интегратор;

9 - генератор опорного сигнала.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные широкополосный УПЧ 1 и блок защиты 2, n выходов которого соединены с соответствующими входами сумматора 3, выход которого соединен с входом согласованного фильтра 4, выход которого является выходом устройства. При этом блок защиты 2 содержит n параллельных каналов, каждый из которых состоит из соответствующих последовательно соединенных узкополосных УПЧ 5 и элементов подавления узкополосных помех 6, выходы которых являются соответствующими выходами блока защиты 2. Входы узкополосных УПЧ 5₁-5_n объединены и являются входом блока защиты 2. Вход широкополосного усилителя УПЧ 1 является входом устройства. Согласованный фильтр 4 содержит последовательно соединенные перемножитель 7 и интегратор 8, выход которого является выходом согласованного фильтра 4, а также генератор опорного сигнала 9, выход которого соединен с первым входом перемножителя 7, второй вход которого является входом согласованного фильтра 4.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Принятый широкополосный сигнал (ШПС) после преобразования частоты поступает на вход широкополосного УПЧ 1, где усиливается до необходимой величины и затем подается на подавитель узкополосных помех (блок защиты) 2, с помощью фильтров узкополосных УПЧ 5₁-5_n вся полоса частот ШПС делится на n парциальных каналов:

,

где Δf - ширина полосы частот парциального канала;

ΔF - ширина полосы частот принятого ШПС;

n - число парциальных каналов.

При этом ширина полос всех n парциальных каналов должна быть одинакова и, кроме того, полосы частот парциальных каналов не должны перекрываться. Поэтому амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная характеристика (ФЧХ) подавителя помех (блока защиты) 2 представляется как сумма АЧХ и ФЧХ отдельных каналов.

В каждом частотном канале кроме узкополосного фильтра имеется усилитель, с помощью которого компенсируется затухание в фильтре своего парциального канала.

Выбор ширины полосы пропускания каждого парциального канала производится с таким расчетом, чтобы в каждый парциальный канал попадало не более одной узкополосной помехи.

При наличии в каком-либо из парциальных каналов узкополосной помехи производится ее подавление в соответствующем элементе подавления 6. Элементы подавления узкополосных помех 6₁-6_n, представляющие собой нелинейные элементы, работают либо в режиме ограничения входной смеси, либо в режиме ключа (канал открыт при малых уровнях помех и закрыт при больших уровнях помех).

С выхода подавителя помех (блока защиты) 2 сигнал по n выходам поступает на сумматор 3, где суммируется по частотной полосе ΔF=n·Δf.

С выхода сумматора 3 ШПС подается на вход согласованного фильтра 4, в качестве которого может использоваться, как пассивный согласованный фильтр, выполненный на основе многоотводной линии задержки, так и активный согласованный фильтр - коррелятор. С помощью согласованного фильтра 4 производится слияние широкополосной модуляции, т.е. сворачивание.

Минимальная длительность элемента псевдослучайной последовательности (ПСП) равна τ и под нее выделяется полоса частот, определяемая из соотношения .

Но посылки длительностью τ₀ занимают в цикле ПСП всего 20-25%, а основное время занимают блоки из посылок 2τ₀, 3τ₀…nτ₀, где n - степень порождаемости полинома, равной разрядности генерирующих ПСП регистров. Естественно, что для указанных блоков посылок требуется полоса частот гораздо меньше ΔF, а именно для блоков посылок 2τ₀, 3τ₀…nτ₀ требуется полоса частот уже, т.е. для 2τ₀ в два раза, для 3τ₀ в три раза и т.д., чем для τ₀, то для 2τ₀ будет только половина каналов блока защиты 2 заполнены полезным сигналом, а в другой половине будет только шум, что приводит к общему увеличению шума суммарного сигнала.

Недостатком данного устройства-прототипа является неэффективное использование выделенной полосы частот, что приводит к ухудшению соотношения сигнал/шум.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные широкополосный усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и блок защиты от узкополосных помех, n выходов которого соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с первым входом согласованного фильтра, первый выход которого является выходом устройства, при этом блок защиты содержит n параллельных линеек, каждая из которых состоит из соответствующих последовательно соединенных узкополосного УПЧ и элемента подавления узкополосных помех, причем входы n узкополосных УПЧ объединены и являются входом блока защиты, согласованный фильтр состоит из последовательно соединенных перемножителя и интегратора, выход которого является первым выходом согласованного фильтра, а первый вход перемножителя - его входом, кроме того, выход генератора опорного сигнала соединен со вторым входом перемножителя, вход широкополосного УПЧ является входом устройства, согласно изобретению, введены в каждую из n линеек соответствующий электронный ключ, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего элемента подавления узкополосных помех, а выход является соответствующим выходом блока защиты от узкополосных помех, кроме того, входы первого и второго временных селекторов подсоединены ко второму выходу согласованного фильтра, являющемуся выходом опорного генератора сигнала, выходы первого и второго временных селекторов соединены с соответствующими входами схемы ИЛИ, выход которой соединен со вторыми входами первого, второго, n-1 и n-го электронных ключей, причем выход второго временного селектора соединен со вторыми входами третьего, и n-2 электронных ключей.

На фиг.2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

1 - широкополосный усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

2 - блок защиты от узкополосных помех (подавитель узкополосных помех);

3 - сумматор;

4 - согласованный фильтр;

5₁-5_n - узкополосные усилители промежуточной частоты (УПЧ);

6₁-6_n - элементы подавления узкополосных помех;

7 - перемножитель;

8 - интегратор;

9 - генератор опорного сигнала;

10₁-10_n - электронные ключи;

11, 12 - первый и второй временные селекторы;

13 - схема ИЛИ.

Предлагаемое устройство содержит широкополосный УПЧ 1, выход которого соединен с входом подавителя узкополосных помех 2, n выходов которого соединены с соответствующими n входами сумматора 3, выход которого соединен с входом согласованного фильтра 4, первый выход которого является выходом устройства. При этом подавитель узкополосных помех состоит из n параллельных каналов, каждый из которых содержит соответствующие последовательно соединенные узкополосный УПЧ 5, элемент подавления узкополосных помех 6 и электронный ключ 10, причем выход каждого из n электронного ключа 10 является соответствующим выходом подавителя узкополосных помех 2, а входы n узкополосных УПЧ 5₁-5_n объединены и являются входом подавителя узкополосных помех 2.

Согласованный фильтр 4 содержит последовательно соединенные перемножитель 7 и интегратор 8, выход которого является первым выходом согласованного фильтра 4, а также генератор опорного сигнала 9, выход которого соединен со вторым входом перемножителя 7, первый вход которого является входом согласованного фильтра 4. Кроме того, выход генератора опорного сигнала 9 является вторым выходом согласованного фильтра 4 и соединен с входами первого 11 и второго 12 временных селекторов, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы ИЛИ 13, выход которой соединен с управляемыми входами первого 10₁, второго 10₂, предпоследнего 10_n-1 и последнего 10_n электронных ключей. Выход второго временного селектора 12 соединен с управляемыми входами третьего 10₃ и (n-2)-го 10_n-2 электронных ключей.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Принятый ШПС после преобразования частоты поступает на широкополосный УПЧ 1, где усиливается до необходимой величины и затем поступает на подавитель узкополосных помех 2. С помощью фильтров узкополосных УПЧ 5₁-5_n вся полоса частот делится на n парциальных каналов

,

где Δf - ширина полосы частот парциального канала;

ΔF - ширина полосы частот принятого ШПС;

n - число парциальных каналов.

При этом ширина полос всех n парциальных каналов должна быть одинакова и, кроме того, полосы частот парциальных каналов не должны перекрываться. Поэтому амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная характеристика (ФЧХ) подавителя помех (блока защиты) 2 представляется как сумма АЧХ и ФЧХ отдельных каналов.

В каждом частотном канале кроме узкополосного фильтра имеется усилитель, с помощью которого компенсируется затухание в фильтре своего парциального канала.

Выбор ширины полосы пропускания каждого парциального канала производится с таким расчетом, чтобы в каждый парциальный канал попадало не более одной узкополосной помехи.

При наличии в каком-либо из парциальных каналов узкополосной помехи производится ее подавление в соответствующем элементе подавления 6. Элементы подавления узкополосных помех 6₁-6_n, представляющие собой нелинейные элементы, работают либо в режиме ограничения входной смеси, либо в режиме ключа (канал открыт при малых уровнях помех и закрыт при больших уровнях помех).

С выхода подавителя помех (блока защиты) 2 сигнал по n выходам поступает на входы соответствующих электронных ключей 10₁-10_n.

Так как минимальная длительность элемента ПСП, поступающей на на вход устройства, равна τ₀ и под нее выделяется полоса частот

,

такие посылки длительностью τ₀ занимают в цикле ПСП примерно 20-25%, а основное время занимают блоки из посылок 2τ₀, 3τ₀…nτ₀, то τ₀ при поступлении на вход устройства элемента ПСП τ₀ все каналы (линейки) блока защиты будут заполнены полезным сигналом. Но при поступлении на вход устройства блока ПСП, состоящего из 2τ₀, только половина линеек блока защиты 2 будет заполнена полезным сигналом, а в остальной половине линеек блока защиты 2 будет присутствовать только шум, а при поступлении на вход устройства блока ПСП, состоящего из 3τ₀, только одна треть линеек будет заполнена полезным сигналом и т.д. В таких случаях для того, чтобы шумы из линеек, не заполненных полезным сигналом, не поступали в суммарный сигнал, их необходимо закрыть с помощью электронных ключей 10₁-10_n. Так при поступлении на вход устройства блока ПСП длительностью 2τ₀, одновременно из сигнала опорного генератора 9 выделяется первым временным селектором 11 блок 2τ₀ и через схему ИЛИ 13 подается на управляемые входы первого 10₁, второго 10₂, предпоследнего 10_n-1 и последнего 10_n электронных ключей, закрывая их. При поступлении блока длительностью 3τ₀ вторым временным селектором 12 с генератора опорного сигнала 9 выделяется блок длительностью 3τ₀ и через схему ИЛИ 13 подается на управляемые входы первого, второго, n-1 и n-го электронных ключей, закрывая их на время 3τ₀, а с выхода второго временного селектора 12 подается на управляемые входы электронных ключей 10₃, 10_n-2, закрывая их на время, равное 3τ₀.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет эффективно использовать выделенную полосу частот, что приводит к увеличению соотношения сигнал/шум не менее чем в два раза.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано преимущественно в дуплексных радиоканалах управления и пакетных радиосетях оперативно-командной связи в позиционных районах при воздействии узкополосных помех. Технический результат - повышение эффективности использования выделенной полосы частот, что позволяет увеличить соотношение сигнал/шум. Для этого в устройство введены в каждую из n линеек блока защиты от узкополосных помех соответствующий электронный ключ (10₁-10_n), а также первый (11) и второй (12) временные селекторы, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы ИЛИ (13). При этом первый вход каждого электронного ключа (10₁-10_n) соединен с выходом соответствующего элемента подавления узкополосных помех (6₁-6_n), а выход является соответствующим выходом блока защиты от узкополосных помех (2). Входы первого (11) и второго (12) временных селекторов подсоединены ко второму выходу согласованного фильтра (4), выход схемы ИЛИ (13) соединен со вторыми входами первого (10₁) и второго (10₂), а также двух последних (10_n-1 и 10_n) электронных ключей. Выход второго временного селектора 12 соединен со вторыми входами третьего (10₃) и (n-2)-го (10_n-2) электронных ключей. 2 ил.

Устройство подавления узкополосных помех, содержащее последовательно соединенные широкополосный усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и блок защиты от узкополосных помех, n выходов которого соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с входом согласованного фильтра, первый выход которого является выходом устройства, при этом блок защиты содержит n параллельных линеек, каждая из которых состоит из соответствующих последовательно соединенных узкополосного УПЧ и элемента подавления узкополосных помех, причем входы n узкополосных УПЧ объединены и являются входом блока защиты, согласованный фильтр состоит из последовательно соединенных перемножителя и интегратора, выход которого является первым выходом согласованного фильтра, а первый вход перемножителя - его входом, кроме того, выход генератора опорного сигнала соединен со вторым входом перемножителя, вход широкополосного УПЧ является входом устройства, отличающееся тем, что введены в каждую из n линеек соответствующий электронный ключ, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего элемента подавления узкополосных помех, а выход каждого ключа является соответствующим выходом блока защиты от узкополосных помех, кроме того, входы первого и второго временных селекторов подсоединены ко второму выходу согласованного фильтра, являющемуся выходом опорного генератора сигнала, причем первый временной селектор выделяет блоки ПСП длительностью 2τ₀, а второй временной селектор - длительностью 3τ₀, выходы первого и второго временных селекторов через схему ИЛИ соединены с управляемыми входами первого, второго, n-1 и n-го электронных ключей, кроме того, выход второго временного селектора соединен с управляемыми входами третьего и n-2 электронных ключей.