МНОГОКАНАЛЬНОЕ АДАПТИВНОЕ РАДИОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2012 года по МПК H03D9/00 H01Q21/00 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к многоканальным адаптивным радиоприемным устройствам, и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации, функционирующих в сложной сигнально-помеховой обстановке.

Известны различные типы многоканальных адаптивных радиоприемных устройств на основе адаптивных антенных систем (ААС): с управлением вперед, с использованием корреляционных обратных связей, модуляционного типа и др. Адаптивные антенные системы модуляционного типа, обладающие рядом преимуществ, содержат антенную решетку, блок взвешенного сложения (БВС), блок формирования весовых коэффициентов (БФВК) и блок частотно-временной обработки (БЧВО) (см. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986, с.448). Эти системы обеспечивают формирование двух напряжений, пропорциональных уровням сигнала и помехи.

Недостатком данных устройств является их относительно невысокое быстродействие при использовании сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).

Известно многоканальное адаптивное радиоприемное устройство (см. Пат. РФ №2066925, МПК Н04В 1/06, опубл. 20.09.1996 г.). Оно содержит последовательно соединенные блок взвешенного сложения и блок частотно-временной обработки, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно ко входам оценки полезной и помеховой составляющих входных сигналов блока формирования весовых коэффициентов, каждый из N выходов которого подключен к соответствующему входу блока взвешенного сложения, к другим N входам которого подключены выходы N антенных элементов, при этом выходы блока частотно-временной обработки являются выходом устройства.

Устройство-аналог обеспечивает прием сигналов всех радиостанций с ППРЧ, использующих общие частоты. Для селекции сигналов различных источников радиоизлучений (ИРИ) в нем используется информация о фазе цикловой синхронизации различных радиосредств (см. Никитченко В.В., Смирнов П.Л. Комбинированные методы помехозащиты (использование адаптивных антенных систем и сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты). - Зарубежная радиоэлектроника, 1988, №5, с.24-31).

Недостатком аналога является его длительное вхождение в связь в силу того, что диаграмма направленности ААС является частотно-зависимой. Высокая скорость изменения частот, на которых осуществляется передача информации, предполагает использование быстродействующего алгоритма адаптации. В противном случае ААС постоянно будет находиться в переходном режиме.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является многоканальное адаптивное радиоприемное устройство (см. Пат. РФ №2107394, МПК Н04В 7/02, H01Q 21/00, опубл. 20.03.1998 г.). Оно содержит блок взвешенного сложения и блок частотно-временной обработки, информационный вход которого соединен с информационные выходом блока взвешенного сложения, а группа информационных выходов является выходной шиной устройства, антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, блок формирования весовых коэффициентов, первая группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов блока взвешенного сложения, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки, блок фиксации весовых коэффициентов, первая группа информационных входов которого соединена со второй группой информационных выходов блока формирования весовых коэффициентов, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока фиксации весовых коэффициентов, а первый и второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами блока, фиксации весовых коэффициентов.

Устройство-прототип обеспечивает более высокое быстродействие алгоритма адаптации, что в конечном счете позволяет осуществить прием сигналов ИРИ с ППРЧ. Последнее стало возможным благодаря учету априорной информации о сигнально-помеховой обстановке на используемых частотах в предшествующие моменты времени. При этом оно представляет собой ААС, реализующую минимаксный алгоритм пространственной обработки сигналов. Устройство обеспечивает формирование диаграммы направленности, максимум которой отслеживает направление на корреспондента, а минимумы ориентированы в направлении источников помех. Использование данных о сигнально-помеховой обстановке позволило в устройстве-прототипе увеличивать соотношение η сигнал/(помеха + шум) на его выходе.

Однако устройству-прототипу также присущи недостатки. При наличии K каналов приема (число используемых частот ИРИ с ППРЧ) прототип обеспечивает прием сигналов только одного ИРИ. Кроме того, прототипу присущ недостаток, связанный с относительно низким качеством приема сигналов ИРИ. Здесь качество приема характеризуется вероятностью безошибочной селекции (собирания) сигналов ИРИ с ППРЧ, передаваемых на различных частотах, из их совокупности. Следует отметить, что качество приема сигналов ИРИ с ППРЧ в устройстве-прототипе зависит от:

загрузки общей полосы рабочих частот (количества ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах);

особенностей распространения радиоволн в районе развертывания (наличие пересеченного или горного рельефа местности, городской застройки и т.п., приводящих к многолучевости распространения радиоволн).

Названные причины приводят к ошибкам селекции сигналов заданных ИРИ с ППРЧ, а следовательно, и к снижению качества приема сигналов η. В ряде случаев для уменьшения внутрисистемных помех используют ортогональные системы связи с ППРЧ, в которых обеспечивается общая синхронизация радиосетей, работающих на общих частотах (см. Клименко Н.Н. Радиостанции УКВ диапазона: состояние, перспективы развития, особенности применения режима скачкообразного изменения частоты. - Зарубежная электроника, №8, 1990, с.20-32). В этих условиях прототип теряет свою работоспособность.

Целью заявляемого технического решения является разработка устройства, обеспечивающего одновременный прием сигналов всех заданных ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах, с одновременным повышением качества их приема за счет увеличения вероятности правильной селекции входного потока путем учета пространственных параметров принимаемых излучений.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное адаптивное радиоприемное устройство, содержащее блок взвешенного сложения, блок частотно-временной обработки, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока взвешенного сложения, а группа информационных выходов является выходной шиной устройства, антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, блок формирования весовых коэффициентов, первая группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов блока взвешенного сложения, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки, блок фиксации весовых коэффициентов, группа информационных входов которого соединена со второй группой информационных выходов блока формирования весовых коэффициентов, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока фиксации весовых коэффициентов, а первый и второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами блока фиксации весовых коэффициентов, дополнительно введен блок оценки пространственных параметров, первая группа информационных входов которого объединена с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, группа адресных выходов соединена с группой адресных входов блока частотно-временной обработки и группой адресных входов блока фиксации весовых коэффициентов, первая и вторая K-канальные группы управляющих выходов которого соединены соответственно с первой и второй K-канальными группами управляющих входов блока формирования весовых коэффициентов, где K-количество приемных каналов блока частотно-временной обработки, K>>1, а вторая и третья группы информационных входов блока оценки пространственных параметров являются первой и второй входными установочными шинами устройства соответственно, а блок частотно-временной обработки выполнен содержащим M сигнальных сумматоров, M>1, выходы которых являются группой информационных выходов блока, первый преобразователь кода, группа информационных входов которого является группой адресных входов блока, и K приемных каналов, K>M, информационные входы которых объединены и являются информационным входом блока частотно-временной обработки, M сигнальных выходов каждого из приемных каналов соединены с соответствующими входами M сигнальных сумматоров, выходы полезной составляющей сигнала K приемных каналов являются группой выходов полезной составляющей сигнала блока, выходы помеховой составляющей K приемных каналов являются группой выходов помеховой составляющей сигнала блока, группы адресных входов K приемных каналов поразрядно объединены и соединены с группой выходов первого преобразователя кода, при этом каждый приемный канал содержит последовательно подключенные полосовой фильтр, элемент задержки, ключ и первый коммутатор, M выходов которого являются информационными выходами приемного канала, а вход полосового фильтра - информационным входом приемного канала, второй коммутатор, амплитудный детектор и RS-триггер, выход которого соединен с входами управления ключа и второго коммутатора, первый выход которого является выходом полезной составляющей сигнала канала, второй выход - помеховой составляющей сигнала канала, а информационный вход второго коммутатора соединен с выходом амплитудного детектора, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, последовательно соединенные формирователь импульсов, ждущий мультивибратор, второй преобразователь кода, труппа адресных входов которого объединена с группой адресных входов первого коммутатора и является адресной группой входов приемного канала, а выход формирователя импульсов соединен со вторым входом RS-триггера, первый вход которого соединен с выходом второго преобразователя кода.

Блок фиксации весовых коэффициентов выполнен содержащим дешифратор, J каналов фиксации, J>K, K первых сумматоров, K вторых сумматоров и K третьих сумматоров, причем группа информационных входов дешифратора является группой адресных входов блока, a KJ групп выходов совокупностями по K групп соединены с соответствующими K группами адресных входов J каналов фиксации, K групп информационных выходов каждого из которых соединены с соответствующими группами информационных входов K первых сумматоров, группы информационных выходов которых являются группой информационных выходов блока, а KJ групп информационных входов всех J каналов фиксации являются группой информационных входов блока, K выходов первого управляющего сигнала каждого канала фиксации соединены с соответствующими входами K вторых сумматоров, выходы которых являются первой группой управляющих сигналов, блока, K выходов второго управляющего сигнала каждого канала фиксации соединены, с соответствующими входами K третьих сумматоров, выходы которых являются второй группой управляющих сигналов блока, а каждый канал фиксации содержит блок памяти и K трактов обработки, причем K групп адресных входов блока памяти объединены с группами адресных входов соответствующих трактов обработки и одновременно являются K группами адресных входов канала, K групп информационных выходов блока памяти соединены с группами информационных входов соответствующих трактов обработки, первые выходы управления которых соединены с соответствующими первыми входами управления блока памяти, вторые входы управления которого соединены с вторыми выходами управления соответствующих трактов обработки, группы информационных выходов трактов обработки являются группой информационных выходов канала, третьи выходы управления трактов обработки являются группой выходов первого сигнала управления канала, а четвертые выходы управления трактов обработки являются группой выходов второго сигнала управления канала, K-1 блокирующих входов тракта соединены с выходами блокирования соответствующих трактов K-1 каналов, а выход блокирования соединен с входами блокирования соответствующих трактов K-1 каналов, при этом каждый тракт обработки содержит последовательно соединенные преобразователь кода, селектор импульсов и блок элементов И, группа входов которого является группой информационных входов тракта, а группа информационных выходов - группой информационных выходов тракта, группа входов преобразователя кодов является адресной группой тракта, а выход - первым выходом управления тракта, формирователь импульсов, первый и второй элементы задержки, выход которого является вторым выходом управления тракта, а вход соединен с выходом формирователя импульсов и является четвертым выходом управления тракта, вход первого элемента задержки соединен с выходом преобразователя кода, а выход первого элемента задержки является третьим выходом управления тракта, K-1 управляющих входов селектора импульсов являются K-1 блокирующими входами тракта, второй выход селектора импульсов является блокирующим выходом тракта, а первый выход селектора импульсов соединен со входом формирователя импульсов.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводятся новые блоки и связи позволяет достичь цели изобретения: обеспечить одновременный прием сигналов всех заданных ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах, с одновременным повышение качества их приема сигналов.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 - структурная схема многоканального адаптивного радиоприемного устройства и блока частотно-временной обработки;

на фиг.2 - структурная схема блока оценки пространственных параметров;

на фиг.3 - частотно-пеленговая панорама;

на фиг.4 - структурная схема блока фиксации весовых коэффициентов;

на фиг.6 - структурная схема тракта формирования весовых коэффициентов;

на фиг.7 - вариант реализации селектора импульсов;

на фиг.7 - вариант реализации блока сравнения.

Заявляемое устройство (см. фиг.1) содержит блок взвешенного сложения 1, блок частотно-временной обработки 6, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока взвешенного сложения 1, а группа информационных выходов является выходной шиной многоканально адаптивного радиоприемного устройства, антенную решетку 2, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения 1, блок формирования весовых коэффициентов 3, первая группа информационных выходов которого соединена со второй группой, информационных входов блока взвешенного сложения 1, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки 6, блок фиксации весовых коэффициентов 4, группа информационных входов которого соединена со второй группой информационных выходов блока формирования весовых коэффициентов 3, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока фиксации весовых коэффициентов 4, а первый и второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами блока фиксации весовых коэффициентов 4.

Для обеспечения одновременного приема сигналов всех ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах, с одновременным сокращением времени вхождения в связь за счет учета пространственных параметров принимаемых сигналов, дополнительно введен блок оценки пространственных параметров 5, первая группа информационных входов которого объединена с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения 1. Группа адресных выходов блока 5 соединена с группой адресных входов блока частотно-временной обработки 6 и группой адресных входов блока фиксации весовых коэффициентов 4, первая и вторая K-канальные группы управляющих выходов которого соединены соответственно с первой и второй. K-канальными группами управляющих входов блока формирования весовых коэффициентов 3. Значение K определяется количеством приемных каналов 12 блока частотно-временной обработки 6, K>>1. Вторая 7 и третья 9 группы информационных входов блока 5 являются первой и второй входными установочными шинами многоканального адаптивного радиоприемного устройства соответственно.

Блок частотно-временной обработки 6 содержит M сигнальных сумматоров 10.1-10.M, M>1, выходы которых 8.1-8.M являются выходами блока частотно-временной обработки 6. Первый преобразователь кода 11, группа информационных входов которого является группой адресных входов блока 6. Кроме того, блок 6 имеет K приемных каналов 12.1-12.K, K>M, K>>1 информационные входы которых объединены и являются информационным входом 6, а M сигнальных выходов каждого из приемных каналов 12.1-12.K соединены с соответствующими входами M сигнальных сумматоров 10.1-10.M Выходы полезной составляющей сигнала K приемных каналов 12.1-12.K являются группой выходов полезной составляющей сигнала блока 6. Выходы помеховой составляющей сигнала K приемных каналов 12.1-12.K являются группой выходов помеховой составляющей сигнала блока 6. Группы адресных входов K приемных каналов 12.1-12.K поразрядно объединены и соединены с группой выходов первого преобразователя кода 11. При этом каждый приемный канал 12.1-12.K содержит последовательно подключенные полосовой фильтр 13, элемент задержки 14, ключ 15 и первый коммутатор 16, M выходов которого являются информационными выходами каждого приемного канала 12.1-12K, а вход полосового фильтра 13 - информационным входом каждого приемного канала 12.1-12K. Второй коммутатор 19, амплитудный детектор 18, RS-триггер 17, выход которого соединен с входами управления ключа 15 и второго коммутатора 19. Первый выход блока 19 является выходом полезной составляющей сигнала приемного канала 12.1-12.K, а второй выход - помеховой составляющей сигнала приемного канала 12.1-12.K. Информационный вход блока 19 соединен с выходом амплитудного детектора 18, вход которого соединен с выходом полосового фильтра 13. Кроме того, в состав блока 6 входят последовательно соединенные формирователь импульсов 20, ждущий мультивибратор 21, второй преобразователь кода 22, группа адресных входов которого объединена с группой адресных входов первого коммутатора 16 и является адресной группой входов приемного канала 12.1-12.K. Выход блока 20 соединен со вторым входом RS-триггера 17, первый вход которого соединен с выходом второго преобразователя кода 22.

Блок фиксации весовых коэффициентов 4 (см. фиг.4) выполнен содержащим дешифратор 38, J каналов фиксации 39.1-39.J, J>K, K первых сумматоров 42.1-42.K, K вторых сумматоров 43.1-43.K и K третьих сумматоров 44.1-44.K. Причем группа информационных входов дешифратора 38 является группой адресных входов блока 4, a KJ групп выходов совокупностями по K групп соединены с соответствующими K группами адресных входов J каналов фиксации 39.1-39K, K групп информационных выходов каждого из которых соединены с соответствующими группами информационных входов K первых сумматоров 42.1-42.K. Группы информационных выходов первых сумматоров 42.1-42.K являются группой информационных выходов блока 4, а KJ групп информационных входов всех J каналов фиксации являются группой информационных входов блока 4, K выходов первого управляющего сигнала каждого канала фиксации 39 соединены с соответствующими входами K вторых сумматоров 43.1-43.K. Выходы блоков 43.1-43.K являются первой группой управляющих сигналов блока 4, K выходов второго управляющего сигнала каждого канала фиксации 39.1-39.J соединены с соответствующими входами K третьих сумматоров 44.1-44.K, выходы которых являются второй группой управляющих сигналов блока 4.

Каждый канал фиксации 39 содержит блок памяти 40 и K трактов обработки 41.1-41.K, причем K групп адресных входов блока памяти 40 объединены с группами адресных входов соответствующих трактов обработки 41 и одновременно являются K группами адресных входов канала 39. K групп информационных выходов блока памяти 40 соединены с группами информационных входов соответствующих трактов обработки 41, первые выходы управления которых соединены с соответствующими первыми входами управления блока памяти 40. Вторые входы управления блока памяти 40 соединены с вторыми выходами управления соответствующих трактов обработки 41. Группы информационных выходов трактов обработки 41 являются группой информационных выходов канала 39. Третьи выходы управления трактов обработки 41 являются группой выходов первого сигнала управления канала 39, а четвертые выходы управления трактов обработки 41 являются группой выходов второго сигнала управления канала 39. K-1 блокирующих входов тракта обработки 41 соединены с выходами блокирования соответствующих трактов обработки 41 других K-1 каналов 39, а выход блокирования соединен с входами блокирования соответствующих трактов обработки 41 других K-1 каналов 39.

Каждый тракт обработки 41 содержит последовательно соединенные преобразователь кода 45, селектор импульсов 46 и блок элементов И 50, группа информационных входов которого является группой информационных входов тракта 41, а группа информационных выходов - группой информационных выходов тракта 41. Группа входов преобразователя кодов 45 является адресной группой тракта 41, а выход - первым выходом управления тракта 41. Формирователь импульсов 47, первый и второй элементы задержки 49 и 48 соответственно. Выход блока 48 является вторым выходом управления тракта 41, а вход соединен с выходом формирователя импульсов 47 и является четвертым выходом управления тракта 41. Вход первого элемента задержки 49 соединен с выходом преобразователя кода 45, а его выход является третьим выходом управления тракта 41. K-1 управляющих входов селектора импульсов 46 являются K-1 блокирующими входами тракта 41, второй выход селектора импульсов 46 является блокирующим выходом тракта 41, а первый выход селектора импульсов соединен со входом формирователя импульсов 47.

Блок оценки пространственных параметров 5 содержит (см. фиг.2) антенный коммутатор 26, N входов которого подключены к соответствующим N выходам антенной решетки 2, а сигнальный и опорный выходы антенного коммутатора 26 подключены соответственно к сигнальному и опорному входам радиоприемного устройства 27, выполненного по схеме с общими гетеродинами. Блок аналого-цифрового преобразования 28 выполнен двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами, причем сигнальный и опорный выходы промежуточной частоты радиоприемного устройства 27 соединены соответственно с сигнальным и опорным входами блока аналого-цифрового преобразования 28. Блок преобразования Фурье 29 выполнен двухканальным соответственно с сигнальным и опорным каналами. Кроме того, блок 5 содержит первое 25 и второе 31 запоминающие устройства, блока вычитания 32, блок формирования эталонных разностей фаз 24, блок вычисления разностей фаз 30, первый информационный вход которого соединен с сигнальным выходом блока преобразования Фурье 29, а второй вход - с опорным выходом блока преобразования Фурье 29. Группа информационных выходов блока вычисления разностей фаз 30 соединена с группой информационных входов второго запоминающего устройства 31, группа информационных выходов которого соединена с группой входов вычитаемого блока вычитания 32. Группа входов уменьшаемого блока вычитания 32 соединена с информационными выходами первого запоминающего устройства 25, информационные входы которого соединены с информационными выходами блока формирования эталонных разностей фаз 24. Группа информационных входов блока 24 является первой входной установочной шиной 7 устройства. Последовательно соединенные умножитель 33, сумматор 34, третье запоминающее устройство 35, блок определения азимута 36 и блок сравнения 37, вторая группа информационных входов которого является второй входной установочной шиной 9 устройства, третья группа информационных входов блока 37 соединена с группой адресных выходов радиоприемного устройства 27, а группа информационных выходов является группой адресных выходов блока 6. Первая и вторая группы информационных входов умножителя 33 объединены и соединены с группой информационных выходов блока вычитания 32. Выход генератора синхроимпульсов 23 соединен с управляющим входом антенного коммутатора 26, входами синхронизации блока аналого-цифрового преобразования 28, блока преобразования Фурье 29, первого, второго и третьего запоминающих устройств 25, 31 и 35 соответственно, блока вычитания 32, умножителя 33, сумматора 34. блока определения азимута 36, блока формирования эталонных разностей фаз 24 и блока вычисления разностей фаз 30.

Блок сравнения 37 (см. фиг.8) содержит первый блок памяти 66, M трактов сравнения 67.1-67.M и первый сумматор 68. Первая группа информационных входов первого блока памяти 66 является второй группой информационных входов блока 37. M групп информационных выходов блока 66 соединены с соответствующими первыми группами информационных входов трактов сравнения 67. Вторые группы информационных входов трактов сравнения 67 поразрядно объединены и являются первой информационной группой входов блока 37. Третьи группы информационных входов трактов сравнения 67 поразрядно объединены и являются третьей группой информационных входов блока 37. Первые группы информационных выходов трактов сравнения 67 соединены с соответствующими вторыми группами информационных входов первого блока памяти 66. Вторые группы информационных выходов трактов сравнения 67 соединены с соответствующими труппами входов первого сумматора 68, группа информационных выходов которого является группой информационных выходов блока 37. При этом M входов управления первого блока памяти 66 соединены с выходами управления соответствующих трактов сравнения 67.

Каждый тракт сравнения 67 (см. фиг.8) содержит последовательно соединенные второй блок памяти 74, второй сумматор 69 и делитель 72, группа информационных выходов которого является первой группой информационных выходов тракта сравнения 67, а группа информационных входов второго блока памяти 74 является второй группой информационных входов тракта сравнения 67. Элемент сравнения 70 и третий сумматор 71, первые группы информационных входов которых объединены и являются первой группой информационных входов тракта сравнения 67. Вторая группа информационных входов элемента сравнения 70 объединена с группой информационных входов второго сумматора 69, а выход соединен с счетным входом счетчика импульсов 73, входом управления второго блока памяти 74 и входом управления третьего сумматора 71. Вторая группа информационных входов третьего сумматора 71 является третьей группой информационных входов тракта сравнения 67, а группа информационных выходов - второй группой информационных выходов тракта сравнения 67. Группа информационных выходов счетчика импульсов 73 соединена со второй группой информационных входов делителя 72, а выход формирователя импульсов 75 является выходом управления тракта сравнения 67.

Блок формирования весовых коэффициентов 3 (см. фиг.5) содержит K идентичных каналов формирования весовых коэффициентов 51.1-51.K. Каждый канал 51 содержит N групп информационных входов, которые являются частью группы NK информационных входов блока 3, TV групп информационных выходов, которые являются частью из NK второй группы информационных выходов блока 3. N выходов весовых коэффициентов блока 51 являются частью из NK первых информационных выходов блока 3. Кроме того, каждый канал формирования весовых коэффициентов 51 содержит входы первого и второго соответствующих данному каналу формирования весовых коэффициентов 51.i управляющих сигналов, а также входы соответствующих этому каналу 51.i сигнального и помехового показателей качества.

Каждый канал формирования весовых коэффициентов 51 (см. фиг.5) содержит N трактов адаптации 52.1-52.N первый сумматор 53. Первый и второй входы первого сумматора 53 являются входами сигнального U_С и помехового U_П показателей качества блока 51. Выход первого сумматора 53 соединен со входами оценивания всех трактов адаптации 52.1-52.N канала формирования весовых коэффициентов 51. Первые входы трактов адаптации объединены и являются входом первого управляющего сигнала блока 51. Вторые входы управления трактов адаптации 52.1-52.N объединены и являются входом второго управляющего сигнала блока 51. Группа информационных входов каждого тракта адаптации 52 является одной из N групп информационных входов канала формирования весовых коэффициентов 51.

Первая группа информационных выходов каждого тракта адаптации 52 является одной из N групп информационных выходов блока 51. Второй информационный выход каждого тракта адаптации 52 является одним из N выходов весовых коэффициентов блока 51.

Каждый тракт адаптации 52 (см. фиг.6) содержит последовательно соединенные умножитель 61, интегратор 59, второй ключ 58 и аналого-цифровой преобразователь 57, группа информационных выходов которого является группой информационных выходов тракта адаптации 52, а вход умножителя 61 - входом оценивания тракта адаптации 52. Последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь 54, первый ключ 55 и второй сумматор 56, выход которого является вторым информационным выходом тракта адаптации 52. Второй вход второго сумматора 56 объединен со вторым входом умножителя 61 и выходом генератора пертурбационной последовательности 60, а третий вход соединен с выходом интегратора 59. Вход управления первого ключа 55 является входом первого управляющего сигнала тракта адаптации 52, а вход управления второго ключа 58 - входом второго управляющего сигнала тракта адаптации 52.

Реализация блоков 1 и 2 известна и широко освещена в литературе. Могут быть реализованы аналогично соответствующим блокам устройства-прототипа.

Сложность сигнально-помеховой обстановки (СПО) и высокий ее динамизм, свойственные одновременному приему сигналов нескольких ИРИ с ППРЧ, предопределяют целесообразность подхода "оценивание-адаптация" (см. Никитченко В.В., Смирнов П.Л. Оценка пространственно-поляризационных параметров сигналов и помех при приеме излучений с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. -Радиотехника и электроника, 1990 г., т.35, №4, стр.767-774.). Он заключается в оценивании пространственных параметров радиосигналов, принятии решения о принадлежности каждого ИРИ к полезным или мешающим и вычислении оптимальных весовых коэффициентов. Основное достоинство данного подхода состоит в потенциально более высоком быстродействии. Поэтому селекцию сигналов ИРИ с ППРЧ, работающих на общих частотах предлагается осуществлять с использованием их пространственных параметров, например, по направлению их прихода (пеленгу θ). В настоящее время известны измерители пространственных параметров (см. Пат. РФ №2341811, МПК G01S 3/14, опубл. 20.12.2008; Пат. РФ №2263327, МПК G01S 3/14, опубл. 27.10.2005), позволяющие с достаточно высокой точностью осуществлять измерение θ для различных условий с погрешностью в пределах двух градусов. Поэтому при работе с корреспондентами даже в ограниченном секторе, например 80°, предлагаемое устройство в состоянии осуществить селекцию и одновременный прием (при равномерном рассосредоточении корреспондентов по азимуту) до 40 ИРИ. Реализация узкополосного приема (см. там же) в отношении каждого из сигналов заданных ИРИ обеспечивает повышение его качества и эффективности. В связи с тем, что процесс адаптации осуществляется в M узких полосах частот f_i, M<N, количество помеховых излучений в каждой из них значительно меньше. Это позволяет снизить требования к числу используемых антенных элементов N. Обеспечение одновременного и качественного приема сигналов всех ИРИ с ППРЧ на общих частотах потребовало внесение изменений в БЧВО 6, блок фиксации весовых коэффициентов 4 и блок формирования весовых коэффициентов 3. При этом в заявляемом устройстве сохранена важнейшая характеристика прототипа - скорость адаптации к сигнально-помеховой обстановке.

Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство (см. фиг.1) работает следующим образом. На подготовительном этапе определяют эталонные значения вектора весовых коэффициентов W(f_i,θ_j) для всех используемых в работе частот f_i, i=1, 2, …, K всех направлений θ_j, j=1, 2, …, J, J>>M, J>K. Для УВЧ-диапазона дискретность по частоте может составлять Δf=25 кГц, а по направлению, например, Δθ=2°. С этой целью выносным генератором на удалении нескольких длин волн от антенной решетки 2 излучают гармонические сигналы в заданной полосе частот ΔF с дискретностью Δf. Аддитивная смесь сигнала генератора, помех и шумов с выхода антенных элементов 2 поступает на входы БВС1. Здесь осуществляют взвешивание принимаемых сигналов в полосе ΔF (полосе ППРЧ) и их сложение. Далее суммарный сигнал поступает на вход БЧВО 6, где выполняют выделение сигнала выносного генератора на частотах f_i, i=1, 2, …, K, и формирование показателей качества путем разрежения входного потока сигналов (благодаря априорному знанию моментов включения генератора). При отсутствии на частоте f_i сигнала генератора в БЧВО 6 формируют помеховый показатель качества , а при его включении - сигнальный . Последние соответствуют амплитудам полезного сигнала и аддитивной смеси помех и шумов. Эти напряжения используют для формирования весовых коэффициентов в БФВК 3. Синтез W(f_i,θ_j) целесообразно осуществлять в районе использования устройства для получения максимальной априорной информации о сигнально-помеховой обстановке на частотах, используемых корреспондентами с ППРЧ. Направление прихода сигнала переносного генератора θ_j и частота f_i известны благодаря работе блока 5.

Полученные в блоке 3 весовые коэффициенты для каждой i-й частотной позиции ИРИ с ППРЧ используют в блоке 1 для максимизации значений сигнального показателя качества , и минимизации помехового . Вследствие этого осуществляется компенсация мешающих сигналов и согласованный прием излучений генератора гармонических сигналов на всех частотах ППРЧ в полосе ΔF при его местоположении в точке θ_j.

Через интервал времени Δt, необходимый для завершения процесса адаптации заявляемого устройства на всех частотах f_i, i=1, 2, …, K, значения векторов W(f_i,θ_j), сформированные в блоке 3, поступают в блок фиксации весовых коэффициентов 4 и запоминаются по адресам, определяемым номиналами частот f_i и местоположением генератора гармонических сигналов θ_j (в блок 4 последние поступают по группе адресных выходов БОПП 5).

Последовательно с заданной дискретностью Δθ перемещают генератор гармонических сигналов относительно антенной решетки 2. Для каждой точки θ_j, j=0÷360° и всех частот f_i, i=1, 2, …, K, с помощью блоков 1, 2, 3 и 5, 6 формируют значения векторов W(f_i,θ_j) для всех используемых частот ИРИ с ППРЧ f_i, i=1, 2, …, K; и всех возможных направлений прихода сигналов θ_j, j=1, 2, …, J и запоминают их в блоке 4.

В процессе работы заявляемого устройства (см. фиг.1) аддитивная смесь сигналов с ППРЧ, помех и шумов с выхода антенной решетки 2 поступает на входы БВС 1. В блоке 1 осуществляют взвешивание принимаемых сигналов в полосе ΔF и их сложение. Далее они следуют в БЧВО 6. В блоке 6 выполняют расфильтровку принимаемых сигналов по K частотным каналам и их задержку на Δτ. Последняя операция необходима для компенсации временных потерь в блоке 5 на определение в текущий момент времени направлений прихода сигналов ИРИ и номиналов частот, на которых выявлена их работа и сравнение в, с заданными значениями θ_j, j=1, 2, …, M. По истечении времени Δτ на группе выходов блока 5 появляется текущая информация о параметрах f_i и θ_j M работающих ИРИ с ППРЧ, которая поступает на адресные входы блоков 4 и 6. В блоке 4 величины f_i и θ_j используют для нахождения ранее определенных на подготовительном этапе значений векторов весовых коэффициентов W(f_i,θ_j). Информация о сигнально-помеховой обстановке на соответствующих частотах f_i с учетом направления прихода полезных сигналов θ_j, содержащаяся в блоке 4, поступает в блок 3 в соответствии с кодами их адресов f_i и θ_j, формируемых на выходах блока 5. Одновременно значения f_i и θ_j используют в БЧВО 6 для селекции входного потока сигналов заданных ИРИ с ППРЧ (для сортировки сигналов по корреспондентам). Данную операцию осуществляют по значениям параметров θ_j, которые задаются в блоке 5 по второй установочной шине 9 перед началом работы устройства. В противном случае, если значения θ_j, j=1, 2, …, M, априорно неизвестны, эта операция выполняется методом перебора сигналов работающих ИРИ с ППРЧ и "сортировка" их по текущим значениям параметра В результате этого на выходной шине 8 блока 6 появляются "собранные" на разных частотах отрезки излучений и рассортированные по M корреспондентам. Кроме того, БЧВО 6 формирует две группы показателей качества и , которые поступают на соответствующие входы БФВК 3. Эти напряжения используют в блоке 3 для уточнения весовых коэффициентов, поступивших с группы выходов блока 4 (по аналогичному алгоритму, реализованному в устройстве-прототипе). Отличие состоит в том, что на каждой частотной позиции ИРИ с ППРЧ осуществляется независимое уточнение весовых коэффициентов. Уточненные в блоке 3 значения W(f_i,θ_j) используют в блоке 1 для максимизации сигнальных показателей качества и минимизации помеховых . В результате достигается более быстрая (по сравнению с аналогами) и точная компенсация мешающих сигналов и согласованный прием сигналов заданных ИРИ. В процессе работы заявляемого устройства уточненные значения W(f_i,θ_j) с выхода блока 3 поступают в блок 4 и обновляют содержимое хранящейся информации о сигнально-помеховой обстановке по соответствующим адресам {f_i,θ_j}. Таким образом, заявленное устройство формирует такую диаграмму направленности в полосе ППРЧ ΔF, у которой минимумы соответствуют направлениям на источники помех, а максимумы ориентированы в направлении ИРИ с ППРЧ. В результате достигается многоканальный помехозащищенный прием сигналов M источников с ППРЧ.

По окончании работы m-го ИРИ на частотной позиции f_i уточненное значение вектора весовых коэффициентов W(f_i,θ_j}_m запоминают в блоке 4 по соответствующему {f_i,θ_j} адресу. В очередном цикле работы n-го ИРИ с ППРЧ на данной i-й частоте будет использовано уточненное значение вектора W(f_i,θ_j}_m. При этом алгоритм работы заявляемого устройства допускает постепенное (плавное) изменение азимутального параметра сигналов ИРИ с ППРЧ (вызванное, например, перемещением последнего). В этом случае в блоке 5 уточняется значение пространственного параметра θ_j m-го ИРИ. Это стало возможным благодаря тому, что значения θ_j задаются как , где Δθ - величина, определяемая точностными характеристиками блока 5 и может составлять, например 1 или 2 градуса. По окончании работы ИРИ на i-й частоте в блоке 5 уточняются значения . Однако резкие изменения пространственных параметров θ_j ИРИ с ППРЧ, вызванные их перемещениями между сеансами связи, приведут к проблемам, связанным со значительными временными затратами на процессы адаптации, и как следствие - к потерям передаваемой информации в начале сеанса связи.

Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство сохраняет работоспособность и без проведения подготовительного этапа. В этом случае при начальном выходе в эфир ИРИ с ППРЧ устройству потребуются большие временные затраты на процессы адаптации. При больших скоростях смены рабочих частот могут возникнуть проблемы с использованием предлагаемого устройства.

В заявляемом устройстве временные затраты на адаптацию к СПО аналогичны затратам прототипа и значительно ниже, чем у известных аналогов. Положительный эффект по быстродействию достигается благодаря учету априорной информации о СПО на используемых частотах в предшествующие моменты времени (см. Никитченко В.В., Смирнов П.Л. Оценка пространственно-поляризационных параметров сигналов и помех при приеме излучений с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. - Радиотехника и электроника, 1990 г., т.35, №4, стр.767-774).

Блок частотно-временной обработки 6 (см. фиг.1) реализован в виде K-канального приемного устройства. Приемные каналы 12.1-12.K настраивают на частотные позиции сигналов с ПГТРЧ. Априорное знание направлений прихода сигналов заданных ИРИ с ППРЧ θ_j обеспечивает бесподстроечное вхождение в связь с M корреспондентами и формирование показателей качества и . Здесь под априорным знанием значения параметра θ_j может также пониматься регулярность (стабильность) проявления азимутального угла θ_j излучения m-го ИРИ с ППРЧ на разных частотах в течении сеанса связи.

Суммарный сигнал с выхода блока 1 поступает на входы приемных каналов 12.1-12.K БЧВО 6. Пройдя через полосовой фильтр 13, он задерживается на время Δτ в элементе задержки 14. Данная операция необходима для компенсации временных затрат в блоке 5 на измерение параметров f_i и θ_j и выполнение первого этапа селекции (определение принадлежности сигналов ИРИ с ППРЧ "свой-чужой"). Измеренные в БОПП 5 значения заданных ИРИ {f_i,θ_j} поступают на входы первого преобразователя кода 11. В функции блока 11 входит определение номера приемного канала 12.1-12.K (по значению f_i), выход которого будет подключен в соответствии со значением θ_j к соответствующему сигнальному сумматору 10.1-10.M (второй этап селекции). Кроме того, кодовая комбинация с выходов блока 11 поступает на группу входов второго преобразователя кодов 22 выбранного канала приема 12. В функции блока 22 входит формирование на его выходе импульса управления, который поступает на второй вход RS-триггера 17, переводя его во второе устойчивое состояние. В результате на его выходе в момент времени t₁ формируется сигнал управления, который открывает ключ 15. Принятый сигнал m-го ИРИ с ППРЧ и задержанный в блоке 14 проходит через блок 15 на вход первого коммутатора 16. В соответствии с кодовой комбинацией, поступившей на его адресные входы с выхода блока 11 (в задачу последнего входит преобразование значения азимутального угла θ_j к виду, необходимому для управления первым коммутатором 16) осуществляется подключение выхода блока 16 к соответствующему сигнальному сумматору 10.m. При переходе m-го ИРИ на другую рабочую частоту к работе подключается другой канал приема 12, а сигнал с его выхода также поступает на m-ный сигнальный сумматор 10.m в связи с тем, что направление его прихода θ_j остается прежним.

Кроме того, сигнал управления, сформированный на выходе RS-триггера 17 в момент времени t₁, переключает второй коммутатор 19. В результате входной сигнал канала приема 12 детектируют в блоке 18 и далее его огибающая через второй коммутатор 19 поступает на выход блока 6 в качестве полезной составляющей сигнала (сигнальный показатель качества).

В большинстве известных систем с ППРЧ длительность излучений на используемых частотах постоянна и априорно известна. Это позволило использовать ждущий мультивибратор 21 для возвращения RS-триггера 17 в исходное состояние. С помощью импульса, сформированного блоком 22 в момент времени t₁ и поступающим на вход блока 21 в последнем формируют управляющий сигнал, длительность которого совпадает со временем пребывания ИРИ с ППРЧ на частотной позиции. Импульсом (соответствующим заднему фронту этого сигнала), сформированным блоком 20, RS-триггер 17 возвращается в исходное состояние. В результате запрещается прохождение сигналов через ключ 15, а второй коммутатор 19 возвращается в исходное состояние. Сигналы, поступающие на вход канала приема 12 начинают восприниматься как помеховые. Продетектированные в блоке 18 сигналы (их огибающая) через коммутатор 19 поступают на выход блока 6 в качестве помехового показателя качества

На фиг.2 приведена структурная схема блока оценки пространственных параметров 5. Кроме того, непосредственное участие в измерении пространственных параметров сигналов принимает антенная решетка 2. С помощью блоков 2 и 5 реализуется фазовый интерферометр (см. Пат. РФ №2283505, МПК 7 G01S 13/46, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25; Пат. РФ №2263328, опубл. 24.05.2004 г. №30).

На подготовительном этапе многоканального адаптивного радиоприемного устройства рассчитывают эталонные значения первичных пространственно-информационных параметров (ППИП) Δφ_l,h(f_i) для средних значений рабочих частот ИРИ с ППРЧ f_i=Δf(2i-1)/2. Значение Δf определяется минимальной шириной пропускания приемных трактов БОПП 5 и БЧВО 6. Для этого предварительно осуществляют описание пространственных характеристик антенной решетки 2 заявляемого устройства. С этой целью измеряют взаимные расстояния между антенными элементами (АЭ) A_l,h решетки 2 при их размещении на горизонтальной плоскости. В общем случае (Z_l,h≠0) используют расстояния между проекциями пространственного размещения АЭ на горизонтальную плоскость, проходящую через первый элемент. В этом случае для каждого АЭ дополнительно измеряют значения {Z_l,h} как {Z_l,h}={Z_l}-{Z_h}. Результат измерений по первой входной установочной шине 7 (см. фиг.1 и 2) поступают на вход блока формирования эталонных значений ППИП 24. Здесь по известному алгоритму (см. Пат: РФ 228505, МПК7 G01S 13/46, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25) вычисляют значения Δφ_l,h,эт(f_i), которые в дальнейшем хранятся в первом запоминающем устройстве 25 (см. фиг.2). Вводится склонение (при необходимости) θ_скл антенной решетки 2 относительно направления на север, например, как угол между векторами, проходящими через первый и второй АЭ и центр решетки в направлении на север.

В процессе работы заявляемого устройства с помощью блоков 2, 26-36 (см. фиг.2) осуществляют поиск и обнаружение сигналов ПРИ с ППРЧ в заданной полосе частот ΔF. Принятые антенной решеткой 2 сигналы на частоте f_i поступают на соответствующие входы антенного коммутатора 26. В задачу последнего входит обеспечение синхронного подключения в едином промежутке времени любых пар АЭ к опорному и сигнальному выходам. В результате последовательно во времени на оба сигнальных входа двухканального приемника 27 поступают сигналы со всех возможных АЭ решетки 2. При этом все АЭ периодически выступают как в качестве сигнальных, так и в качестве опорных (при условии использования полнодоступного коммутатора 26). Этим достигается максимальный набор статистики о пространственных параметрах электромагнитного поля.

Сигналы, поступившие на входы приемника 27, усиливают, фильтруют и переносят на промежуточную частоту, например 10,7 МГц. С опорного и сигнального выходов промежуточной частоты блока 27 сигналы поступают на соответствующие входы двухканального блока аналого-цифрового преобразования (БАЦП) 28, где синхронно преобразуются в цифровую форму. Кроме того, код частоты настройки f_i приемника 27 с его адресного выхода поступает на вторую группу входов блока сравнения 37.

Полученные цифровые отсчеты сигналов АЭ A_l и A_h в блоке 28 перемножают на цифровые отсчеты двух гармонических сигналов одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга на π/2. В результате в блоке 28 формируют четыре последовательности отчетов (квадратурные составляющие сигналов от двух АЭ A_l и A_h). Для реализации необходимой импульсной характеристики цифровых фильтров в блоке 28 выполняют операцию перемножения каждой квадратурной составляющей сигнала на соответствующие отсчеты временного окна. Порядок выполнения этих операция подробно рассмотрен в Пат. РФ №2263328 и Пат. РФ №228505. На завершающем этапе в блоке 30 формируют две комплексные последовательности отсчетов.

Сигналы с выхода БАЦП 28 поступают на соответствующие входы блока преобразования Фурье 29. В результате выполнения в блоке 29 операции в соответствии с выражением получают две преобразованные последовательности, характеризующие спектры сигналов в АЭ A_l и A_h, а следовательно, и их фазовые характеристики. Измерение разности фаз Δφ_l,h(f_i) в парах A_l и A_h предполагает вычисление функции взаимной корреляции сигналов в соответствии с выражением

,

где l, h=1, 2, …, N, l≠h - номер АЭ. На его основе Δφ_l,h(f_i) определяется как

.

Эта функция выполняется блоком 30. Измеренное значение Δφ_l,h(f_i) очередным импульсом генератора 23 записывают во второе запоминающее устройство 31. Данная операция выполняется до тех пор, пока не будут записаны в эти блоки значения ППИП для всех возможных сочетаний пар АЭ. Выполнение этой операции соответствует формированию массива измеренных ППИП Δφ_l,h,изм(f_i).

Основное назначение блоков 32, 33, 34, 35 и 24, 25 состоит в том, чтобы оценить степень отличия измеренных параметров Δφ_l,h,изм(f_i) от эталонных значений, измеренных для всех направлений прихода сигнала Δθ_j и всех частот Δf_j.

где J=1, 2, …, J; JΔθ=360°, i=1, 2, … I; IΔf=ΔF.

В результате в третьем запоминающем устройстве 35 формируется массив данных H_θ(f_i), на основе которых находится искомый параметр θ_j. Эта операция осуществляется в блоке 36 путем поиска минимальной суммы H_θ(f_i) в массиве данных H_θ(f_i). Результаты измерения {f_i,θ_j} поступают на вход блока сравнения 37.

Перед началом работы устройства (см. фиг.8) по первой установочной шине 9 в блок 37 вводят априорно известные значения азимутов на заданные ИРИ с ППРЧ θ_j, j=1, 2, …, M, которые запоминаются в нем. В процессе работы устройства по мере измерения направления на очередной ПРИ в блоке 37 выполняют сравнение найденного параметра с заданными значениями θ_j. При совпадении с одной из заданных величин и соответствующее ему значение частоты f_i поступают на адресные входы блоков 4 и 6. Кроме того, в процессе измерения пространственного параметра (см. фиг.3) осуществляют усреднение полученных оценок в и уточнение заданного по шине 9 значения θ_j. При отсутствии исходной информации о направлениях на ИРИ с ППРЧ в блоке 37 осуществляется определение усредненных значений на всех отмеченных в работе в полосе ΔF радиосредств, а значения {f_i,θ_j} поступают на входы блоков 4 и 6 в соответствии с рассмотренным алгоритмом.

Следует отметить, что БОПП 5 в состоянии измерять и угол места β прихода радиосигналов. Однако в предлагаемом устройстве для селекции сигналов различных ИРИ с ППРЧ используется лишь значение θ_j как наиболее информативный параметр. Угол места β в большинстве практических случаев близок к нулю и поэтому малоинформативен. Кроме того, точность измерения угла места β, как правило, ниже точности измерения пеленга θ_j в силу реализационных особенностей используемых антенных решеток.

В качестве критерия для принятия решения по селекции сигналов ИРИ с ППРЧ в предлагаемом устройстве выступает свойство примерного равенства параметра θ_j для всех используемых частот и всех составляющих спектра сигнала одного источника (см. фиг.3). При этом допускается разброс значений пеленга θ_j для различных рабочих частот в небольших пределах Δθ=2-4°, обусловленных погрешностями измерений в силу ряда известных причин (см. фиг.3). Имеющие место шумовые и прочие выбросы носят нерегулярный характер и на работоспособность заявляемого устройства влияния не оказывают.

В случае недостаточного быстродействия БОПП 5 может быть выполнен N-канальным (по числу АЭ), например восьми- или шестнадцатиканальным. В этом случае необходимость в антенном коммутаторе 26 отпадает, а элементы 27, 28, 29, 30, 31, 32 и 33 выполняются N-канальными.

Блок фиксации весовых коэффициентов 4 (см. фиг.4) предназначен для запоминания измеренных на подготовительном этапе, а также на предыдущих этапах работы устройства, значений векторов весовых коэффициентов W{f_i,θ_j} для всех используемых частотных позиций f_i, i=1, 2, …, N и всех возможных направлений θ_j, j=1, 2, …, J.

При обнаружении излучения m-го ИРИ с ППРЧ на i-й частоте с выхода блока сравнения 37 БОПП 5 (см. фиг.2) поступает управляющая информация об обнаружении заданного ИРИ с параметрами {f_i,θ_j}. Названные значения поступают на группу информационных входов дешифратора 38. Назначение блока 38 состоит в том, чтобы преобразовать значения f_i и θ_j в кодовую комбинацию адреса соответствующего канала фиксации 39. В результате на одной из KJ групп выходов блока 38 формируется адрес массива памяти блока 40 соответствующего канала фиксации 39, в котором содержится значение вектора W{f_i,θ_j)_m, полученное блоком 3 при выходе m-го ИРИ на i-и частоте в предыдущем цикле работы. Одновременно этот выходной сигнал блока 38 поступает на группу входов преобразователя кодов 45 соответствующего тракта обработки 41. Блок 45 преобразует поступивший входной сигнал в импульс управления (первый сигнал управления). По переднему фронту этого сигнала происходит запись адреса (преобразованного кода частоты настройки m-го ИРИ и направления его прихода) в блок 40. По заднему фронту этого импульса считывается содержимое блока памяти 40, находящееся в нем по этому адресу. Кроме того, этот же импульс управления через первый элемент задержки 49 поступает на соответствующий вход второго сумматора 43.m и далее в качестве элемента первой группы управляющих сигналов блока 4 - на первую группу входов управления блока 3. Время задержки первого сигнала управления в блоке 49 соответствует интервалу времени, необходимому для выработки информации из блока памяти 40 (см. фиг.4) и ее преобразование в блоках 54 (см. фиг.6).

Таким образом, содержимое блока памяти 40 (значение вектора W{f_i,θ_j}_m) следует на группу входов блока элементов И 50. Одновременно импульс управления с выхода блока 45 воздействует на вход селектора импульсов 46. В задачу последнего входит формирование на его первом выходе (по переднему фронту) импульса длительностью, совпадающего с продолжительностью излучения ИРИ с ППРЧ на частотной позиции. Этим сигналом блока 46 разрешается прохождение значения W{f_i,θ_j}_m с выхода блока 40 через блок элементов 50 на соответствующий вход первого сумматора 42.m и далее на вторую группу информационных входов блока 3.

Второй важной функцией блока 46 является блокирование всех трактов обработки 41 остальных каналов фиксации 39, настроенных на данную i-ю частоту. Необходимость этого состоит в том, чтобы заявляемое устройство обеспечило процесс адаптации на каждой частоте из набора i=1, 2, …, M, на сигналы только одного (первого вышедшего на ней) m-го ИРИ с ППРЧ. В противном случае возможен одновременный прием сигналов нескольких ИРИ, что соответствует взаимному их подавлению. Кроме того, сдвинутое по времени появление сигналов нескольких ИРИ на i-й частоте (взаимное их наложение) потребовало бы от блока 3 постоянно находиться в режиме настройки на данной частоте, что соответствует дополнительному ухудшению соотношения η. В связи с этим на втором выходе блока 46 формируют блокирующий сигнал, который поступает на входы блокирования других трактов обработки 41, настроенных на данную частоту.

В задачу блока 47 входит формирование второго управляющего сигнала по заднему фронту импульса, снимаемого с первого выхода блока 46. Второй управляющий сигнал поступает на соответствующий вход третьего сумматора 44.m и далее в качестве элемента второй группы управляющих сигналов блока 4 - на вторую группу управляющих входов блока 3. Задержанным в блоке 48 вторым управляющим сигналом осуществляют запись нового значения вектора W{f_i,θ_j}_m исходному или уточненному адресу. Последний задается блоком 5 через дешифратор 38. Задним фронтом этого сигнала обнуляют регистр адреса блока 40. Далее следует новый цикл работы блока 4.

Блок 3 (см. фиг.5 и 6) предназначен для формирования таких весовых коэффициентов, которые обеспечивали бы формирование диаграммы направленности с максимумами в направлении заданных корреспондентов и минимумами в направлении мешающих сигналов и помех. Блок 3 содержит K каналов формирования весовых коэффициентов 51.1-51.K (по числу частот, используемых ИРИ с ППРЧ). Это вызвано необходимостью формирования для каждой рабочей частоты своих показателей качества и . В противном случае при одновременном приеме сигналов нескольких ИРИ с ППРЧ показатели U_С и U_П будут постоянно изменяться, а блок 3 непрерывно находится в режиме адаптации. Каждый канал 51.1-51.K содержит первый сумматор 53 и N трактов адаптации 52A-52.N (см. фиг.6), которые в свою очередь состоят из цифроаналогового преобразователя 54, первого 55 и второго 58 ключей, второго сумматора 56, интегратора 59, генератора пертурбационной последовательности 60, умножителя 61 и аналого-цифрового преобразователя 57. Каналы 51.1-51.K идентичны между собой, поэтому работу блока 3 рассмотрим на примере одного из них.

При обнаружении сигналов заданного m-го ИРИ с ППРЧ на первой рабочей частоте f₁ с направления θ_j с группы информационных выходов блока 4 (бл. 42.1) на соответствующие группы информационных входов первого канала формирования весовых коэффициентов 51.1 поступают весовые коэффициенты W₁(f₁,θ_j), W₂(f₁,θ_j), …, W_N(f₁,θ_j). Эти значения были сформированы блоком 3 и зафиксированы в блоке 4 на подготовительном этапе работы устройства или на предыдущем цикле выхода m-го ИРИ на первой частоте f₁ и отражающие СПО на тот момент времени. В каждом тракте адаптации 52.1-52.N поступившие весовые коэффициенты преобразуют в аналоговый вид в блоках 54 и через ключ 55 подают на первый вход второго сумматора 56. Прохождение весовых коэффициентов через ключи 55 всех трактов 52A-52.N регулируется первым сигналом управления, поступившим на первый управляющий вход блока 3 (блока 51.1) с первого управляющего выхода блока 4 (блока 43.1). Длительность первого сигнала управления определяется временем, необходимым для завершения первого этапа формирования очередного значения вектора W(f₁,θ_j) в блоке 3 (блоке 52.1).

Одновременно генератор 60 вырабатывает случайную последовательность, которая поступает на первый вход умножителя 61. На второй вход блока 61 поступают напряжения и , соответствующие уровням сигналов заданного ИРИ с ППРЧ и помех на первой рабочей частоте. Результаты перемножения названных величин поступают на вход интегратора 59. Кроме того, пертурбационная последовательность с выхода генератора 60 поступает на второй вход второго сумматора 56, на первый вход которого подается напряжение с выхода интегратора 59. В результате в блоке 56 трактов 52 осуществляют уточнение предшествующей информации о СПО с помощью текущих показателей качества и . Изменяющиеся сигналы генератора 60 и интегратора 59 предназначены для определения отклонения текущего значения веса относительно оптимума. В результате выполняется сканирование комплексных весовых коэффициентов относительно среднего значения 〈W〉 на величину ΔW_n, n=1, 2, …, N. Такое сканирование необходимо для определения градиента ∇W. Таким образом, обеспечивают независимое приведение комплексных весовых коэффициентов к оптимуму.

Учет значения вектора весовых коэффициентов W(f₁,θ_j), характеризующего СПО при выходе ИРИ на первой частоте в предшествующий цикл работы, используется лишь на первом, этапе формирования его очередного значения. Далее ключ 55 закрывается и блок 3 на первой частоте функционирует в обычном режиме. Блок 55 запирается из-за прекращения действия (окончания импульса) первого управляющего сигнала блока 4.

При очередном изменении m-м ИРИ рабочей частоты вторым управляющим сигналом блока 4 открывается ключ 58 каждого тракта 52.1-52.N, и напряжения с выходов интеграторов 59 (значения элементов вектора весовых коэффициентов) поступают на входы аналого-цифровых преобразователей 57. Блоки 57 преобразуют аналоговые напряжения в цифровую форму, которые далее поступают на группы информационных входов блока 4 и запоминаются по адресу {f₁,θ_j}. В функцию второго сигнала управления, задержанного в блоке 48 (см. фиг.4) на время, необходимое для преобразования W(f₁,θ_j) в цифровую форму и его запись в блок 40, входит обнуление регистра адреса блока 40. После этого начинается очередной цикл работы блока 3.

Реализация предлагаемого устройства трудностей не вызывает. Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство использует известные элементы и блоки, описанные в научно-технической литературе.

Варианты реализации блока взвешенного сложения 1 широко рассмотрены в литературе (см. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986, с.448; Смирнов П.Л. Методы пространственной обработки радиосигналов (использование адаптивных антенных систем и сигналов с ППРЧ). В кн. Методы пространственной обработки радиосигналов. Учебное пособие под ред. Комаровича В.Ф. - Л.: ВАС, 1989, стр.27-32). В общем виде БВС1 содержит N×K комплексных весовых умножителей и общий сумматор. Последний может быть выполнен в виде высокочастотных трансформаторов на коаксиальных или микрополосковых линиях в зависимости от диапазона частот (см. Справочник по радиоэлектронным устройствам: в 2-х томах. Т.1 / Бурин Л.И., Васильев В.П., Коганов В.И. и др. - М.: Энергия, 1978).

Варианты реализации антенных элементов решетки 2 широко рассмотрены в литературе (см. Саидов А.С.и др. Проектирование фазовых автоматических радиопеленгаторов. - М.: Радио и связь, 1997; Torrieri D.J. Principles of military communications system. Dedham. Massachusetts. Artech House, Inc., 1981. - 298 p). В заявляемом устройстве решетка 2 выполняет двойную функцию:

является элементом адаптивной антенной системы (антенной решеткой собственно многоканального адаптивного радиоприемного устройства);

антенной системой для блока определения пространственных параметров 5.

В качестве антенных элементов решетки 2 целесообразно использовать один из широко известных типов: симметричные (несимметричные) вибраторы, объемные вибраторы, дискоконусные антенны, биконические антенные элементы и др. Тип антенных элементов и их габариты определяются заданным частотным диапазоном ΔF, коэффициентом перекрытия, конструктивными особенностями решетки. Количество используемых антенных элементов N и расстояние между ними зависит от максимально возможного количества одновременно работающих ИРИ с ППРЧ, помеховых ИРИ, диапазона рабочих частот ΔF, эффекта взаимного влияния антенных элементов друг на друга, заданной точности измерения пространственных параметров сигналов (точности селекции входного потока сигналов) и др.

Для обеспечения устойчивого помехозащищенного приема сигналов в широком секторе с примерно равными характеристикам предпочтительно использование антенной решетки 2 с кольцевым (эллиптическим) размещением антенных элементов (см. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. - М.; Сов. радио, 1964. - 640 с.). Для устранения взаимного влияния между блоками 2 и 5 целесообразно поставить делители, например LVS IP фирмы LANS (см. http://www.lans.spb.ru).

Реализация блока формирования весовых коэффициентов 3 известна и широко освещена в литературе (см. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию. - М.: Радио и связь, 1986, с.448). Блок 3 может быть выполнен набором из N аналогичных блоков прототипа. Сумматоры 53 и 56, интеграторы 59, умножители 61 могут быть исполнены с использованием дифференциальных усилителей, реализующих соответствующие операции над сигналами (см. Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. 256 с.). Блок 54 может быть реализован на микросхемах 572ПВ1, аналого-цифровой преобразователь 57 - на микросхемах 572ПА1А.

Реализация бока фиксации весовых коэффициентов 4 известна и широко освещена в литературе. Блок памяти 40 может быть выполнен набором из K микросхем памяти, например 132 серии РУ10 или РУ20. Дешифратор 38 реализуется по известной схеме (см. Справочник по интегральным микросхемам / Б.В.Тарабрин и др.; Под ред. Б.В.Тарабрина; 2-е изд. перераб. доп. - М.: Энергия, 1980, рис.5-158, стр.683). Остальные элементы выполняют на элементарной логике ТТЛ-серий (см. там же).

Селектор импульсов 46 (см. фиг.7) предназначен для формирования на первом выходе (по переднему фронту сигнала блока 45) импульса длительностью, совпадающей с продолжительностью излучения ИРИ с ППРЧ на частотной позиции. Второй функцией блока 46 является блокирования всех трактов обработки 41 остальных каналов фиксаций, настроенных на данную i-ю частоту.

Блок 46 содержит первый элемент И 62, формирователь импульсов 63, второй элемент И 64 и элемент НЕ 65. Селектор 46 работает следующим образом. Передним фронтом сигнала блока 45, прошедшим через элемент И 62, запускается формирователь импульсов 63. Последний может быть реализован с помощью ждущего мультивибратора. С помощью блока 63 формируется импульс заданной длительности, который с выхода селектора 46 поступает на входы блока элементов И 50, разрешая прохождение через них значения W(f_i,θ_j). Кроме того, инвертированный в блоке 65 сигнал поступает на входы элементов И 64 трактов обработки 41 других каналов фиксации 39, настроенных на данную i-ю частоту блокируя их. В результате блокируется исходный тракт 41. Однако благодаря блоку 63, в котором продолжает формироваться импульс заданной длительности, исходный тракт 41 продолжает свою работу. Реализация элементов блока 46 трудностей не вызывает.

Реализация блока определения пространственных параметров 5 известна и трудностей не вызывает. Блок 5 в совокупности с антенной решеткой 2 реализует фазовый интерферометр (см. Пат. РФ 2341811, МПК G01S 3/14, опубл. 20.12.2008 г.; Пат. РФ 2263327, МПК G01S 3/14, опубл. 27.10.2005 г.). Блоки с 26 по 39 реализуются аналогично соответствующим блокам названных пеленгаторов. Дополнительно из радиоприемного устройства 27 выводится значение частоты его настройки f_i. При реализации блока 27 на приемниках IC-RS500 фирмы ICOM с разъема "REMOTE" одного из них, расположенном на задней панели, в формате CI-V снимается кодовая комбинация о частоте его настройки (см. Связной широкодиапазонный сканирующий приемник ICOM IC-RS500. Инструкция по эксплуатации / Фирма "Сайком" - официальный авторизированный дилер ICOM Inc. - M.:; тел./факс. (495)332-1115, 124-4194, стр.15).

Блок сравнения 37 (см. фиг.8) предназначен для выполнения первого этапа селекции входного потока сигналов по пространственным параметрам. Кроме того, в процессе работы блоком 37 осуществляют уточнение пространственных параметров заданных ИРИ Блок 37 содержит первый блок памяти 66, M трактов сравнения 67.1-67.M и первый сумматор 68. Каждый тракт сравнения 67.i содержит второй сумматор 69, элемент сравнения 70, третий сумматор 71, делитель 72, счетчик импульсов 73, второй блок памяти 74 и формирователь импульсов 75.

Работа блока 37 осуществляется следующим образом. На подготовительном этапе устройства на второй установочной шине 9 в первый блок памяти 66 записываются значения пространственных параметров M заданных ИРИ с ППРЧ θ_m, m=1, 2, …, M. В элементе сравнения 70 всех трактов 67.1-67.M устанавливается значения Δθ возможного отклонения измеренного значения от истинного θ_j, например ±Δθ=2°. На каждой из M групп информационных выходов блока 66 присутствует одно заданное значение θ_m. В процессе работы измеренное значение θ_изм поступает на информационные входы второго блока памяти 74 и запоминается в нем. Блок 74 выполняет функцию буферного запоминающего устройства. Далее значение θ_изм поступает на вторую группу информационных входов блока 70, на первую группу входов которого поступает соответствующее тракту значение в θ_m с группы информационных выходов блока 66. В случае совпадения названных величин на выходе элемента сравнения 70 формируется управляющий импульс, который поступает на управляющие входы второго 69 и третьего 71 сумматоров. В результате разрешается прохождение значений θ_изм и с выхода тракта 67 на вход сумматора 68. В функции блока 68, также как и блока 71, входит операция объединения информационных потоков θ_m и f_изм всех отмеченных в данный момент времени в работе заданных ИРИ с ППРЧ. Данная информация далее поступает на адресных входы блока 6, где осуществляется второй этап селекции входного потока сигналов и их расфильтровка по приемным каналам 12.1-12.K. Кроме того, значения {f_изм,θ_m} поступает на адресные входы блока 4, что позволяет использовать накопленную априорную информацию о СПО на предыдущих этапах работы. Задним фронтом управляющего сигнала блока 70 содержимое блока 74 обнуляется и тракт 67 готов к принятию очередного значения θ_изм.

С помощью блоков 69, 72 и 73 выполняется операция уточнения текущего значения θ заданного ИРИ. За время работы ИРИ на частотной позиции блок 5 успевает несколько раз измерить параметр θ_изм (см. фиг.3). При этом значения θ_изм незначительно отличаются друг от друга на Δθ_изм в силу разных причин. В счетчике импульсов 73 накапливается количество совпадений параметров θ_m и θ_изм, а в блоке 69 - их накопление. С помощью делителя 72 определяют уточненное значение

В функцию блока 75 входит формирование импульса записи в блок 66 значения с выхода делителя 72 при первом несовпадении значений θ_m и θ_изм. В дальнейшей работе блока 37 используется уточненное направление на заданный источник которое и будет поступать на его выход. В каждом новом цикле работы эта величина уточняется.

Блок частотно-временной обработки 6 (см. фиг.1) содержит известные элементы, широко освещенные в литературе. Блоки 13-22 реализуют аналогично существующим блокам устройства-прототипа на элементарной логике. Преобразователь кода 11 выполняет второй этап селекции входного потока сигналов. В соответствии с поступившим на его вход значениями θ_m, m=1, 2, …, M блок 11 формирует команды подключения приемных каналов 12.1-12.M к соответствующим сигнальным сумматорам 10.1-10.M. Блок 11 реализуют в виде преобразователя кода на элементарной логике (см. Справочник по интегральным микросхемам / Б.В.Тарабрин, С.В.Якубовский и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980, рис.5-158, стр.683). Остальные элементы блока 6 выполняют на элементарной логике микросхем ТТЛ-серии (см. там же).

Блоки 1, 3 и аналоговые элементы блока 6 могут быть реализованы в цифровом виде на основе специализированных модулей цифровой обработки сигналов (субмодуле цифрового приема ADMDDC8WBL, установленном на базовом модуле AMBPCI (см. "Инструментальные системы" www.insys.ru. Тел. (495)781-27-50, факс (495)781-27-51)).

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к многоканальным адаптивным радиоприемным системам, и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации, функционирующих в сложной сигнально-помеховой обстановке. Технический результат заключается в обеспечении одновременного приема сигналов всех заданных источников радиоизлучений с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты с одновременным повышением качества их приема за счет увеличения вероятности правильной селекции входного потока сигналов путем учета их пространственных параметров. Устройство содержит блок взвешенного сложения, антенную решетку, блок формирования весовых коэффициентов, блок фиксации весовых коэффициентов, блок оценки пространственных параметров с первой и второй входными установочными шинами, и блок частотно-временной обработки. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство, содержащее блок взвешенного сложения, блок частотно-временной обработки, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока взвешенного сложения, а группа информационных выходов является выходной шиной устройства, антенную решетку, выполненную из N>2 идентичных ненаправленных антенных элементов, выходы которых соединены с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, блок формирования весовых коэффициентов, первая группа информационных выходов которого соединена со второй группой информационных входов блока взвешенного сложения, а входы оценки полезной и помеховой составляющих сигнала соединены с соответствующими выходами полезной и помеховой составляющих сигнала блока частотно-временной обработки, блок фиксации весовых коэффициентов, группа информационных входов которого соединена со второй группой информационных выходов блока формирования весовых коэффициентов, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока фиксации весовых коэффициентов, а первый и второй управляющие входы соединены соответственно с первым и вторым управляющими выходами блока фиксации весовых коэффициентов, отличающееся тем, что дополнительно введен блок оценки пространственных параметров, первая группа информационных входов которого объединена с первой группой информационных входов блока взвешенного сложения, группа адресных выходов соединена с группой адресных входов блока частотно-временной обработки и группой адресных входов блока фиксации весовых коэффициентов, первая и вторая K-канальные группы управляющих выходов которого соединены соответственно с первой и второй K-канальными группами управляющих входов блока формирования весовых коэффициентов, где K-количество приемных каналов блока частотно-временной обработки, K>>1, а вторая и третья группы информационных входов блока оценки пространственных параметров являются первой и второй входными установочными шинами устройства соответственно, а блок частотно-временной обработки выполнен содержащим M сигнальных сумматоров, M>1, выходы которых являются группой информационных выходов блока, первый преобразователь кода, группа информационных входов которого является группой адресных входов блока, и K приемных каналов, K>M, информационные входы которых объединены и являются информационным входом блока частотно-временной обработки, M сигнальных выходов каждого из приемных каналов соединены с соответствующими входами M сигнальных сумматоров, выходы полезной составляющей сигнала K приемных каналов являются группой выходов полезной составляющей сигнала блока, выходы помеховой составляющей K приемных каналов являются группой выходов помеховой составляющей сигнала блока, группы адресных входов K приемных каналов поразрядно объединены и соединены с группой выходов первого, преобразователя кода, при этом каждый приемный канал содержит последовательно подключенные полосовой фильтр, элемент задержки, ключ и первый коммутатор, M выходов которого являются информационными выходами приемного канала, а вход полосового фильтра - информационным входом приемного канала, второй коммутатор, амплитудный детектор и RS-триггер, выход которого соединен с входами управления ключа и второго коммутатора, первый выход которого является выходом полезной составляющей сигнала канала, второй выход - помеховой составляющей сигнала канала, а информационный вход второго коммутатора соединен с выходом амплитудного детектора, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, последовательно соединенные формирователь импульсов, ждущий мультивибратор, второй преобразователь кода, группа адресных входов которого объединена с группой адресных входов первого коммутатора и является адресной группой входов приемного канала, а выход формирователя импульсов соединен со вторым входом RS-триггера, первый вход которого соединен с выходом второго преобразователя кода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок фиксации весовых коэффициентов выполнен содержащим дешифратор, J каналов фиксации, J>K, K первых сумматоров, K вторых сумматоров и K третьих сумматоров, причем группа информационных входов дешифратора является группой адресных входов блока, a KJ групп выходов совокупностям по K групп соединены с соответствующими K группами адресных входов J каналов фиксации, K групп информационных выходов каждого из которых соединены с соответствующими группами информационных входов K первых сумматоров, группы информационных выходов которых являются группой информационных выходов блока, а KJ групп информационных входов всех J каналов фиксации являются группой информационных входов блока, K выходов первого управляющего сигнала каждого канала фиксации соединены с соответствующими входами K вторых сумматоров, выходы которых являются первой группой управляющих сигналов блока, K выходов второго управляющего сигнала каждого канала фиксации соединены с соответствующими входами K третьих сумматоров, выходы которых являются второй группой управляющих сигналов блока, а каждый канал фиксации содержит блок памяти и K трактов обработки, причем K групп адресных входов блока памяти объединены с группами адресных входов соответствующих трактов обработки и одновременно являются K группами адресных входов канала, K групп информационных выходов блока памяти соединены с группами информационных входов соответствующих трактов обработки, первые выходы управления которых соединены с соответствующими первыми входами управления блока памяти, вторые входы управления которого соединены с вторыми выходами управления соответствующих трактов обработки, группы информационных выходов трактов обработки являются группой информационных выходов канала, третьи выходы управления трактов обработки являются группой выходов первого сигнала управления канала, а четвертые выходы управления трактов обработки являются группой выходов второго сигнала управления канала, K-1 блокирующих входов тракта соединены с выходами блокирования соответствующих трактов K-1 каналов, а выход блокирования соединен с входами блокирования соответствующих трактов K-1 каналов, при этом каждый тракт обработки содержит последовательно соединенные преобразователь кода, селектор импульсов и блок элементов И, группа входов которого является группой информационных входов тракта, а группа информационных выходов - группой информационных выходов тракта, группа входов преобразователя кодов является адресной группой тракта, а выход - первым выходом управления тракта, формирователь импульсов, первый и второй элементы задержки, выход которого является вторым выходом управления тракта, а вход соединен с выходом формирователя импульсов и является четвертым выходом управления тракта, вход первого элемента задержки соединен с выходом преобразователя кода, а выход первого элемента задержки является третьим выходом управления тракта, K-1 управляющих входов селектора импульсов являются K-1 блокирующими входами тракта, второй выход селектора импульсов является блокирующим выходом тракта, а первый выход селектора импульсов соединен со входом формирователя импульсов.