Способ и устройство энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи Российский патент 2019 года по МПК H04B1/10 

Способ и устройство относятся к радиотехнике и могут найти применение в средствах связи.

Известны способы, которые реализуются устройствами подавления узкополосных помех, описанными в а.с. №1688416 Н04В 1/10, а также в патентах РФ №2034403 Н04В 1/10, №2204203 Н04В 1/10, устройством компенсации узкополосных помех, описанным в статье Ефимова В.П. «Оценка влияния нелинейного преобразования на помехоустойчивость приема в спутниковых сетях», опубликованной в журнале «Электромагнитные волны и электромагнитные системы», №1, т. 3, 1998 г, стр. 95, недостатком которых является невысокая степень подавления помех.

Известны способы, которые реализуются устройствами подавления широкополосных помех, описанные в патентах RU 2115234, RU 2143783, RU 2190297, недостатком которых является невысокая степень подавления помех.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ энергетического обнаружения Прайса-Урковица, описанный в учебном пособии «Основы теории радиотехнических систем. Учебное пособие. // В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004», стр. 75-76».

Для способа-прототипа нормированная статистика на выходе обнаружителя имеет вид

где: Т - интервал интегрирования;

Здесь:

- H₁ гипотеза о том, что присутствует и сигнал S(t) и помеха n(t) типа аддитивного Гауссовского (белого) шума;

- Н₀ гипотеза о том, что присутствует только помеха n(t).

Аддитивная смесь сигнала и помехи фильтруется и усиливается в линейном тракте приемника (ЛТП), после чего возводится в квадрат в соответствующем устройстве, например путем ее разветвления на два одинаковых сигнала и подачи их на соответствующие входы устройства умножения. Полученный сигнал интегрируется. После чего принимается решение о наличии сигнала с использованием устройства сравнения с порогом. Решение о наличии сигнала принимается, если напряжение, поступающее на устройство сравнения, превышает порог, и решение об отсутствии сигнала принимается в противном случае.

Недостатком способа-прототипа является невысокая помехоустойчивость средств связи в условиях наличия помех типа аддитивного Гауссовского шума, а также сложность практической реализации, связанная с длительным временем оценки мощности помехи.

Задача - повышение помехоустойчивости средств связи путем обеспечения выделения сигнала в условиях наличия помех типа аддитивного Гауссовского шума (АБГШ) за счет обеспечения оценки мощности помехи с высокой точностью за время, соизмеримое с периодом изменения сигнала.

Для решения поставленной задачи в способе, заключающемся в том, что на этапе вхождения в связь осуществляют синхронизацию средств связи, принятая аддитивная смесь сигнала и помехи обрабатывается в линейном тракте приемника, после чего сигнал возводится в квадрат и принимается решение о наличии сигнала путем его сравнения с порогом, согласно изобретению, формируют сигнал в виде информационных символов, которые состоят из двух гармонических сигналов одинаковой длительности, которые существуют в интервалах времени 0 - Т и Т - 2Т, фазы сигналов одного информационного символа отличаются на л, амплитуды сигналов различных информационных символов отличаются в заданное количество раз, при приеме сигнала первую часть сигнала, который существует в интервале времени 0 - Т, задерживают на Т, из задержанного сигнала вычитают вторую часть сигнала (разностный сигнал), параллельно задержанный сигнал и вторую часть сигнала суммируют (суммарный сигнал), перед этим первую и вторую части сигнала усиливают соответственно с целью компенсации потерь, возникающих при разветвлении сигнала, после возведения в квадрат разностного и суммарного сигналов их обрабатывают одинаково - разветвляют сигнал на две одинаковые составляющие, фильтруют полученный сигнал фильтром нижних частот, полоса которого согласована с полосой сигнала, одновременно фильтруют полученный сигнал полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала, нижняя частота полосового фильтра выбирается минимально возможной, полученные таким образом сигналы вычитают один из другого, формируют отсчеты полученного сигнала в цифровой форме, в вычислительном устройстве суммируют отсчеты, соответствующие разностному сигналу, и суммируют отсчеты, соответствующие суммарному сигналу, рассчитывают разность полученных сумм, полученная разность является оценкой значения мощности сигнала, вывод о наличии сигнала первого или второго типа делают по результату сравнения полученного значения мощности сигнала с соответствующим порогом.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Приводится описание способа для случая использования амплитудно-модулированных (АМн) сигналов и работы на фиксированной частоте. Для случая работы с перестройкой частоты процесс осуществляется для каждой рабочей частоты так же как для фиксированной частоты.

Формируют два типа сигнала в виде информационных символов, каждый из которых состоит двух гармонических сигналов одинаковой длительности, которые существуют в интервалах времени 0 - Т и Т - 2Т. Фазы сигналов отличаются на к.

Сигналы различных информационных символов формируют так, что их амплитуды отличаются в заданное количество раз:

или, например:

где K - значение отношения амплитуд сигналов различных информационных символов.

Длительности информационных символов и гармонических сигналов определяются на этапе разработки в соответствии с заданными техническими требованиями к средству связи, одним из которых является уровень качества передачи информации. Под заданным уровнем качества понимается передача информации с вероятностью не меньше заданного уровня или с числом ошибок, не превосходящим заранее заданное значение.

При приеме сигнала, после его усиления, первую часть сигнала, который существует в интервале времени 0 - Т, задерживают на Т, например, с использованием линии задержки и усиливают в 4 раза с целью компенсации потерь, возникающих при разветвлении сигнала.

Из задержанного сигнала вычитают вторую часть сигнала, которую перед этим усиливают в 2 раза с целью компенсации потерь, возникающих при разветвлении сигнала (разностный сигнал). Параллельно задержанный сигнал и вторую часть сигнала суммируют (суммарный сигнал).

Считается, что при вхождении в связь осуществлена синхронизация, и положение во времени начала сигнала известно с достаточной точностью для осуществления вычитания и суммирования сигналов с необходимой эффективностью.

Обработку суммарного и разностного сигналов осуществляют одинаковым образом.

Смесь помехи и сигнала разделяют на два одинаковых сигнала любым известным способом, например, в разветвителе. Полученные таким образом сигналы перемножаются, например, с использованием смесителя (умножителя). Результат перемножения смеси сигнала и помехи самой на себя:

- результат умножения сигнал на сигнал - квадрат амплитуды сигнала;

- результат умножения составляющих помехи самих на себя -сумма квадратов амплитуд помехи (постоянная составляющая) и сумма результата умножения составляющих помехи на составляющие помехи (комбинационные составляющие помехи);

- результат умножения составляющих помехи на сигнал - сумма комбинационных составляющих сигнала и помехи.

Результаты умножения фильтруются фильтром нижних частот и одновременно (параллельно) - полосовым фильтром.

Полоса ФНЧ согласована с полосой сигнала, т.е. верхняя частота ФНЧ соответствует верхней частоте сигнала, нижняя частота ФНЧ близка к нулю.

Верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала. Нижняя частота полосового фильтра выбирается минимально возможной и таким образом, чтобы значение коэффициента подавления суммы квадратов амплитуд сигнала и помехи был не меньше заданного уровня. Значение коэффициента подавления определяется на этапе разработки путем моделирования или экспериментальным путем.

Таким образом, на выход полосового фильтра проходят только комбинационные составляющие помехи, сигнала и комбинационные составляющие помехи и сигнала разностной частоты. То есть

где: Nss, Nsp - число гармонических составляющих сигнала и помехи, соответственно;

U_si, U_pi, ω_si, ω_pi, ϕ_si, ϕ_pi - амплитуды, частоты и фазы i-x составляющих сигнала и помехи, соответственно.

Профильтрованные сигналы вычитают один из другого. Формируют отсчеты полученного сигнала путем преобразования в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП).

Число отсчетов, используемых для представления сигнала, определяется путем математического моделирования или экспериментальным путем.

В вычислительном устройстве суммируют отсчеты, соответствующие разностному сигналу, и суммируют отсчеты, соответствующие суммарному сигналу. После чего из значения одной суммы вычитают значение другой суммы. Полученное значение является оценкой значения мощности сигнала.

Вывод о наличии сигнала первого или второго типа делают по результату сравнения полученного значения мощности сигнала с порогом.

Значение порога определяют любым известным способом, например, с использованием эталонного сигнала, который передают до начала передачи сообщений.

Результаты оценки эффективности предлагаемого способа получены методом математического моделирования на ЭВМ с использованием системы MATLAB.

В качестве источников помех рассматриваются, например, любые радиопередающие средства, индустриальные помехи, вызванные работой различных электроустановок, а также атмосферные помехи. Данные помехи влияют на работу приемных устройств радиостанций. Помеха при моделировании представлена в виде совокупности гармонических колебаний со случайными значениями амплитуд (U_pi) и фаз (ϕ_pi), которые распределены по нормальному (амплитуды) и равномерному (фазы) законам (см., например, учебное пособие «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие.// В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004., стр. 51, 68)

где: Nsp - число гармонических составляющих помехи, используемых для ее представления (аппроксимации);

ω_pi - частота i-ой составляющей помехи;

ϕ_pi - фаза i-ой составляющей помехи;

U_pi - амплитуда i-ой составляющей помехи.

При этом считается, что для помехи типа АБГШ время существования составляющих помехи меньше, чем временной интервал взятия отсчетов в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) (отсчеты - независимые случайные величины). Для узкополосных помех считается, что время существования любой составляющей помехи значительно превышает временной интервал взятия отсчетов в АЦП.

При моделировании использовались следующие исходные данные:

- число реализаций - 10³;

- число ошибок при принятии решения о наличии сигнала первого или второго типа -1*10^-3;

- вид манипуляции - амплитудная манипуляция;

- отношение амплитуд сигналов (U₁/U₂) - 1,5;

- отношение значений верхней частоты полосы сигнала к нижней частоте сигнала - 1,1;

- число отсчетов за период:

при оценке мощности помехи при использовании способа-прототипа - 100;

при оценке мощности сигнала при использовании предлагаемого способа - 10;

- число гармонических составляющих помехи, используемых для ее представления - 10³.

Результаты моделирования для помехи типа АБГШ приведены в таблице 1, для узкополосной помехи - в таблице 2.

В таблице 1 использованы следующие обозначения:

K_п - коэффициент подавления комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи (%);

Q_пс - отношение мощностей помехи и сигнала для предлагаемого способа, при котором число ошибок при принятии решения о наличии сигнала первого или второго типа - 1*10";

Q_тс - отношение мощностей помехи и сигнала для традиционного способа, при котором число ошибок при принятии решения о наличии сигнала первого или второго типа - 1*10";

Q_пс/Q_тс - отношение мощностей помехи и сигнала для предлагаемого и традиционного способов.

Анализ данных, приведенных в таблице 1, позволяет сделать вывод о том, что эффективность предлагаемого способа более чем в 24 раза превышает эффективность способа-прототипа в условиях воздействия помех типа АБГШ, в зависимости от значений коэффициента подавления комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи.

Обозначения, использованные в таблице 2, аналогичны обозначениям, использованным в таблице 1.

Анализ данных, приведенных в таблице 2, позволяет сделать вывод о том, что эффективность предлагаемого способа более чем в 24 раза превышает эффективность способа-прототипа в условиях воздействия узкополосных помех.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет повысить помехоустойчивость средств связи за счет повышения точности оценки мощности помехи и сигнала, которое обеспечивают путем компенсации комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи, а также за счет того, что оценку мощностей помехи и суммы сигнала и помехи осуществляют одновременно.

Данный способ может использоваться при применении частотной манипуляция (ЧМн). При этом обработка сигналов осуществляется одним и тем же предлагаемым способом в каждом частотном канале.

Известны устройства подавления узкополосных помех, описанные в а.с. №1688416 Н04В 1/10, а также в патентах РФ №2034403 Н04В 1/10, №2204203 Н04В 1/10, устройство компенсации узкополосных помех, описанное в статье Ефимова В.П. «Оценка влияния нелинейного преобразования на помехоустойчивость приема в спутниковых сетях», опубликованной в журнале «Электромагнитные волны и электромагнитные системы», №1, т. 3, 1998 г., стр. 95, недостатком которых является невысокая степень подавления помех. Известны устройства подавления широкополосных помех, описанные в патентах RU 2115234, RU 2143783, RU 2190297, недостатком которых является невысокая степень подавления помех.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является мультипликативное устройство защиты от узкополосных помех, описанное в патенте РФ №2287899 Н04В 1/10, принятое за прототип.

Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:

1 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

2 - разветвитель;

5 - усилитель;

8 - блок умножения;

10 - полосовой фильтр.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные УПЧ 1, разветвитель 2, блок умножения 8, полосовой фильтр 10, усилитель 5, выход которого является выходом устройства, второй выход разветвителя 2 соединен со вторым входом блока умножения 8, вход УПЧ 1 является входом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входной сигнал, содержащий аддитивную смесь сигнала и помехи, который содержит N₁ частотных составляющих сигнала и N₂ частотных составляющих помех, с входа устройства поступает через УПЧ 1, где осуществляется его усиление, на разветвитель 2, где смесь сигнала и помехи разделяется на две одинаковые составляющие, которые поступают на соответствующие входы умножителя 8. Результат перемножения аддитивной смеси сигнала и помехи самой на себя - сумма квадратов амплитуд помехи и квадратов амплитуды сигнала, комбинационные составляющие помехи, сигнала и помехи разностной частоты поступает на полосовой фильтр 10.

Полоса фильтра выбирается таким образом, что полосовой фильтр 10 пропускает сигнал в диапазоне частот fн…fв, где:

Обозначения, использованные в формулах (5), (6) приведены выше. То есть, полосовой фильтр 10 пропускает комбинационные составляющие помехи и сигнала разностной частоты

и комбинационные составляющие сигнала разностной частоты

где U_C1, U_C2, U_P, ω_C1, ω_C2, ω_P, ϕ_C1, ϕ_C2, ϕ_P - амплитуда, частота и фаза частотных составляющих сигнала и узкополосной помехи, соответственно.

Таким образом, через полосовой фильтр 10 проходят комбинационные составляющие помехи и сигнала разностной частоты и не проходят сумма квадратов амплитуд помехи и квадратов амплитуды сигнала и комбинационные составляющие помехи, поскольку они находятся вне его полосы пропускания.

В случае присутствия на входе приемника только сигнала и узкополосной помехи результирующий сигнал на выходе устройства умножения 8 может быть записан следующим образом:

С использованием предположения, что амплитуды частотных составляющих сигнала одинаковы и амплитуды частотных составляющих помехи одинаковы, с учетом того, что комбинационные составляющие помехи отфильтровываются, и, проведя усреднение при условии, что фазы частотных составляющих помехи случайны, после соответствующего преобразования выражения (9), выражение для сигнала на выходе полосового фильтра 10 записывается в виде:

В случае использования амплитудной манипуляции сигнала, в качестве показателя, характеризующего степень различения двух сигналов с различными амплитудами, может использоваться отношение амплитуд этих сигналов на выходе полосового фильтра 10. С использованием выражения (10) получено

После несложного преобразования выражение для отношения амплитуд этих сигналов на выходе полосового фильтра 10, записывается в виде

Из выражения (12) следует, что при стремлении мощности помехи к бесконечности отношение амплитуд этих сигналов на выходе полосового фильтра 10 стремится к

и не зависит от уровня помехи в пределах динамического диапазона приемника.

При наличии на входе приемника не только узкополосных помех или когда разность частот между узкополосными помехами превышает нижнее значение полосы пропускания полосового фильтра 10, выражение для отношения амплитуд сигналов на выходе полосового фильтра 10 может быть получено с использованием выражения (11)

То есть ничем не отличается от случая использования традиционных схем обработки сигналов (см. например Г. Ван Трис «Теория обнаружения, оценок и модуляции, Т. 1, М. «Сов. радио», 1972, стр. 39, 53).

Недостатком устройства-прототипа является то, что данное устройство обеспечивает эффективное подавление узкополосных помех только при наличии информации о значениях верхней и нижних частотах помехи, и обладает низкой эффективностью в противном случае, а также обладает недостаточно высокой степенью компенсации помех типа АБГШ.

Задача направлена на расширение функциональных возможностей за счет повышения эффективности подавления узкополосных помех для случая, когда информация о значениях верхней и нижних частотах помехи отсутствует, а также на повышение степени компенсации помех типа АБГШ.

Для решения поставленной задачи в устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и первый разветвитель, последовательно соединенные первый блок умножения и первый полосовой фильтр, а также первый усилитель, при этом вход УПЧ является входом устройства, согласно изобретению, введены последовательно соединенные электронный ключ и линия задержки, выход которой соединен с входом первого усилителя, вход электронного ключа соединен с первым выходом первого разветвителя, а также последовательно соединенные сумматор, третий разветвитель, второй блок умножения, второй фильтр нижних частот (ФНЧ), третий блок вычитания и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого соединен с соответствующим входом вычислительного устройства, выход которого является выходом всего устройства, при этом первый вход сумматора подсоединен к выходу УПЧ; последовательно соединенные второй усилитель, первый блок вычитания и второй разветвитель, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока умножения, выход которого через последовательно соединенные первый ФНЧ, второй блок вычитания и первый АЦП соединен с соответствующим входом вычислительного устройства; выход первого усилителя соединен со вторыми входами сумматора и первого блока вычитания; второй выход первого разветвителя соединен с входом второго усилителя; второй выход третьего разветвителя подключен ко второму входу второго блока умножения, выход которого через второй ПФ подсоединен ко второму входу третьего блока вычитания, кроме того, выход устройства управления соединен со вторым входом электронного ключа, выход первого ПФ соединен со вторым входом второго блока вычитания.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено:

1 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

2.1, 2.2, 2.3 - первый, второй и третий разветвители, соответственно;

3 - электронный ключ;

4 - линия задержки (ЛЗ);

5.1, 5.2 - первый и второй усилители, соответственно;

6 - сумматор;

7.1, 7.2, 7.3 - первый, второй и третий блоки вычитания;

8.1, 8.2 - первый и второй блоки умножения;

9.1, 9.2 - первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ);

10.1, 10.2 - первый и второй полосовые фильтры (ПФ);

11.1, 11.2 - первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

12 - устройство управления;

13 - вычислительное устройство (ВУ).

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные УПЧ 1, первый разветвитель 2.1, электронный ключ 3, линию задержки 4, первый усилитель 5.1, первый блок вычитания 7.1, второй разветвитель, 2.2, первый блок умножения 8.1, первый ФНЧ 9.1, второй блок вычитания 7.2, первый АЦП 11.1 и вычислительное устройство 13, выход которого является выходом устройства.

Кроме того, выход УПЧ 1 подключен к одному входу второго сумматора 6, другой вход которого соединен с выходом первого усилителя 5.1. Выход сумматора 6 через последовательно соединенные третий разветвитель 2.3, второй блок умножения 8.2, второй ФНЧ 9.2, третий блок вычитания 7.3, второй АЦП 11.2 подсоединен к второму входу вычислительного устройства 13. Второй выход первого разветвителя 2.1 через второй усилитель 5.2 соединен со вторым входом первого блока вычитания 7.1. Второй выход второго разветвителя 2.2 соединен со вторым входом первого блока умножения 8.1, выход которого через первый ПФ 10.1 соединен со вторым входом второго блока вычитания 7.2. Второй выход третьего разветвителя 2.3 соединен со вторым входом второго блока умножения 8.2, выход которого через второй ПФ 10.2 соединен со вторым входом третьего блока вычитания 7.3. При этом выход устройства вычитания соединен со вторым входом электронного ключа 3; вход УПЧ 1 является входом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Приводится описание способа для случая работы на фиксированной частоте. Для случая работы с перестройкой частоты процесс осуществляется для каждой рабочей частоты так же как для фиксированной частоты.

Используется гармонический сигнал. Вид модуляции - амплитудная манипуляция (АМн).

Формируют два типа сигнала в виде информационных символов, каждый из которых состоит двух гармонических сигналов одинаковой длительности, которые существуют в интервалах времени 0 - Т и Т - 2Т. Фазы сигналов отличаются на л.

Сигналы различных информационных символов формируют так, что их амплитуды отличаются в заданное количество раз.

Длительности информационных символов и гармонических сигналов определяют на этапе разработки в соответствии с заданными техническими требованиями к средству связи, одним из которых является уровень качества передачи информации.

При приеме аддитивной смеси сигнала и помехи (в дальнейшем по тексту - смесь сигнала и помехи), после ее усиления в УПЧ 1, смесь сигнала и помехи разветвляется в разветвители 2.1 на две одинаковые составляющие. Первый сигнал первой составляющей, например, с фазой, равной 0, проходит на выход электронного ключа 3, который открывают на время существования первого сигнала управлющим сигналом, который подают на второй (управляющий) вход электронного ключа 3 с устройства управления 12.

Сигнал с выхода электронного ключа 3 подают на линию задержки 4, где его задерживают на время Т. Задержанный сигнал после усиления в первом усилителе 5.1, за счет использования которого компенсируют потери, возникающие при разветвлении сигнала (коэффициент усиления усилителя 5.1 равен 4), подают на первый вход первого блока вычитания 7.1.

Вторая составляющая - второй сигнал, фаза которого равна л, поступает со второго выхода первого разветвитель 2.1 на второй усилитель 5.2, за счет использования которого компенсируют потери, возникающие при разветвлении сигнала (коэффициент усиления усилителя 5.2 равен 2), сигнал с его выхода подают на второй вход первого блока вычитания 7.1.

Считается, что при вхождении в связь осуществлена синхронизация, и положение во времени начала сигнала известно с достаточной точностью для осуществления вычитания и суммирования сигналов с необходимой эффективностью.

Поскольку сигналы, которые вычитаются один из другого противофазны, то на выходе первого блока вычитания 7.1 образуется сигнал - сумма сигналов и разности частотных составляющих помехи (разностный сигнал), поступающих на первый и второй входы первого блока вычитания 7.1.

Смесь сигнала и помехи, после ее усиления в УПЧ 1, подают также на первый вход сумматора 6. Смесь сигнала и помехи с выхода первого усилителя 5.1 подают и на второй вход сумматора 6.

Поскольку сигналы, которые суммируют в сумматоре 6 противофазны, то на его выходе образуется только сумма частотных составляющих помехи (суммарный сигнал).

Сигналы, поступающие с выхода первого блока вычитания 7.1 на вход второго разветвителя 2.2, и, поступающие с выхода сумматора 6, на вход третьего разветвителя 2.3, обрабатывают одинаковым образом.

Аддитивная смесь помехи и сигнала во втором разветвителе 2.2, разделяется на две одинаковые составляющие, которые поступают на соответствующие входы первого блока умножения 8.1 в котором осуществляется их перемножение.

Результат перемножения смеси сигнала и помехи самой на себя:

- результат умножения сигнала на сигнал: сумма квадратов амплитуд сигнала и сумма результата умножения составляющих сигнала на составляющие сигнала (комбинационные составляющие сигнала) - для широкополосного сигнала, или квадрат амплитуды сигнала - для узкополосного сигнала (постоянная составляющая);

- результат умножения составляющих помехи самих на себя: сумма квадратов амплитуд помехи (постоянная составляющая), сумма результата умножения составляющих помехи на составляющие помехи (комбинационные составляющие помехи);

- результат умножения составляющих помехи на составляющие сигнала (комбинационные составляющие сигнала и помехи).

Эти результаты умножения подают на первый ФНЧ 9.1 и первый полосовой фильтр 10.1.

Полоса первого ФНЧ 9.1 согласована с полосой сигнала. На выход первого ФНЧ 9.1 проходит результат перемножения смеси сигнала и помехи самой на себя - сумма квадратов амплитуд сигнала и помехи и комбинационные составляющие помехи и сигнала и помехи разностной частоты.

Полоса первого полосового фильтра 10.1 согласована с полосой сигнала, т.е. значение верхней частоты первого полосового фильтра 10.1 соответствует значению верхней частоты сигнала. Нижняя частота первого полосового фильтра 10.1 выбирается минимально возможной и, таким образом, чтобы значение коэффициента подавления суммы квадратов амплитуд сигнала и помехи был не меньше заданного уровня.

Значение коэффициента подавления определяется на этапе разработки путем моделирования или экспериментальным путем.

Таким образом, на выход первого полосового фильтра 10.1 проходят только комбинационные составляющие помехи и комбинационные составляющие помехи и сигнала разностной частоты.

Сигнал с выхода первого ФНЧ 9.1 подают на первый вход второго блока вычитания 7.2, на второй вход которого подают сигнал с выхода первого полосового фильтра 10.1. Сигнал с выхода второго блока вычитания 7.2 - сумма квадратов амплитуд сигнала и составляющих помехи, подают на вход первого АЦП 11.1, где формируют отсчеты амплитуд этого сигнала, которые затем подают на первый вход ВУ 13.

Аналогично обрабатывают помеху, поступающую с выхода сумматора 6 на вход третьего разветвителя 2.3. После обработки сумму квадратов амплитуд помехи с выхода третьего блока вычитания 7.3, подают на вход второго АЦП 11.2, где формируют отсчеты амплитуд этого сигнала, которые затем подают на второй вход ВУ 13.

Число отсчетов, используемых для представления сигнала, определяется путем математического моделирования или экспериментальным путем.

В ВУ 13 суммируют значения отсчетов суммы квадратов амплитуд сигнала и составляющих помехи и суммируют значения отсчетов суммы квадратов амплитуд помехи. Затем в ВУ 13 рассчитывают разность полученных сумм. В результате в ВУ 13 получают оценку квадрата амплитуды сигнала, т.е. значение, пропорциональное мощности сигнала.

Вывод о наличии сигнала первого или второго типа делают по результату сравнения полученного значения с порогом.

Значение порога определяют, например, с использованием эталонного сигнала, который передают до начала передачи сообщений.

УПЧ 1 и усилители 5.1, 5.2 могут быть реализованы, например, на микросхеме AD8054ARUZ фирмы Analog Devices.

АЦП 11.1, 11.2 могут быть реализованы, например, на микросхеме ADS8422 фирмы Texas Instruments.

Устройство управления 12 и вычислительное устройство 13 могут быть выполнены в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), и реализовано, например, на микросхеме XC2V3000-6FG676I фирмы Xilinx.

Иллюстративный пример, поясняющий работу устройства, приведен на фиг. 3. Здесь приведены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) ФНЧ 9.1, 9.2 и полосовых фильтров 10.1, 10.2.

В качестве источников помех рассматриваются, например, любые радиопередающие средства, индустриальные помехи, вызванные работой различных электроустановок, а также атмосферные помехи. Данные помехи влияют на работу приемных устройств радиостанций. Помеха при моделировании представлена в виде совокупности гармонических колебаний со случайными значениями амплитуд (U_pi) и фаз (ϕ_pi), которые распределены по нормальному (амплитуды) и равномерному (фазы) законам (см., например, учебное пособие «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие.// В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004., стр. 51, 68). Аналитическое описание помехи приведено выше.

При этом считается, что для помехи типа АБГШ время существования составляющих помехи меньше, чем временной интервал взятия отсчетов в АЦП, то есть отсчеты помехи в этом случае являются независимыми случайными величинами. Для узкополосных помех считается, что время существования любой составляющей помехи значительно превышает временной интервал взятия отсчетов в АЦП.

Результаты оценки эффективности предлагаемого способа получены методом математического моделирования на ЭВМ с использованием системы MATLAB.

Результаты моделирования приведены в таблицах 1-2 описания.

Анализ данных, приведенных в таблице 2, позволяет сделать вывод о том, что эффективность предлагаемого способа более чем в 24 раза превышает эффективность способа-прототипа в условиях воздействия узкополосных помех.

Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства, его реализующего, позволяет значительно повысить помехоустойчивость средств связи за счет повышения точности оценки мощности помехи и сигнала, которое обеспечивается путем компенсации комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи, а также за счет того, что оценку мощностей помехи и суммы сигнала и помехи осуществляют одновременно.

Заявляемый способ может также применяться при использовании частотной манипуляция (ЧМн), при этом обработка сигналов осуществляется в каждом частотном канале.

Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано в средствах связи с амплитудно- или частотно-манипулированными сигналами. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости путем обеспечении оценки мощности узкополосной или аддитивной Гауссовской помехи и смеси амплитудно или частотно манипулированных сигналов и помехи с высокой точностью. В способе энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи формируют сигналы, которые состоят из двух гармонических сигналов одинаковой длительности, существующие в интервалах времени 0-Т и Т-2Т, фазы сигналов отличаются на π, их амплитуды отличаются в заданное количество раз. Первую часть сигнала, задерживают на Т, из нее вычитают вторую часть сигнала, параллельно задержанный сигнал и вторую часть сигнала суммируют (разностный и суммарный сигналы). После их возведения в квадрат осуществляют компенсацию комбинационных составляющих и оценивают значения мощности сигнала. Вывод о наличии сигнала первого или второго типа делают по результату сравнения значения мощности сигнала с порогом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

.

1. Способ энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи, заключающийся в том, что на этапе вхождения в связь осуществляют синхронизацию средств связи, принятая аддитивная смесь сигнала и помехи обрабатывается в линейном тракте приемника, после чего сигнал возводится в квадрат и принимается решение о наличии сигнала путем его сравнения с порогом, отличающийся тем, что формируют сигнал в виде информационных символов, которые состоят из двух гармонических сигналов одинаковой длительности, которые существуют в интервалах времени 0-Т и Т-2Т, фазы сигналов одного информационного символа отличаются на π, амплитуды сигналов различных информационных символов отличаются в заданное количество раз, при приеме сигнала первую часть сигнала, который существует в интервале времени 0-Т, задерживают на Т, из задержанного сигнала вычитают вторую часть сигнала (разностный сигнал), параллельно задержанный сигнал и вторую часть сигнала суммируют (суммарный сигнал), перед этим первую и вторую части сигнала усиливают соответственно с целью компенсации потерь, возникающих при разветвлении сигнала, после возведения в квадрат разностного и суммарного сигналов их обрабатывают одинаково - разветвляют сигнал на две одинаковые составляющие, фильтруют полученный сигнал фильтром нижних частот, полоса которого согласована с полосой сигнала, одновременно фильтруют полученный сигнал полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала, нижняя частота полосового фильтра выбирается минимально возможной, полученные таким образом сигналы вычитают один из другого, формируют отсчеты полученного сигнала в цифровой форме, в вычислительном устройстве суммируют отсчеты, соответствующие разностному сигналу, и суммируют отсчеты, соответствующие суммарному сигналу, рассчитывают разность полученных сумм, полученная разность является оценкой значения мощности сигнала, вывод о наличии сигнала первого или второго типа делают по результату сравнения полученного значения мощности сигнала с соответствующим порогом.

2. Устройство энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи, содержащее последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и первый разветвитель, последовательно соединенные первый блок умножения и первый полосовой фильтр (ПФ), а также первый усилитель, при этом вход УПЧ является входом устройства, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные электронный ключ и линия задержки, выход которой соединен с входом первого усилителя, вход электронного ключа соединен с первым выходом первого разветвителя, а также последовательно соединенные сумматор, третий разветвитель, второй блок умножения, второй фильтр нижних частот (ФНЧ), третий блок вычитания и второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого соединен с соответствующим входом вычислительного устройства, выход которого является выходом всего устройства, при этом первый вход сумматора подсоединен к выходу УПЧ; последовательно соединенные второй усилитель, первый блок вычитания и второй разветвитель, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока умножения, выход которого через последовательно соединенные первый ФНЧ, второй блок вычитания и первый АЦП соединен с соответствующим входом вычислительного устройства; выход первого усилителя соединен со вторыми входами сумматора и первого блока вычитания; второй выход первого разветвителя соединен с входом второго усилителя; второй выход третьего разветвителя подключен ко второму входу второго блока умножения, выход которого через второй ПФ подсоединен ко второму входу третьего блока вычитания, кроме того, выход устройства управления соединен со вторым входом электронного ключа, выход первого ПФ соединен со вторым входом второго блока вычитания.