Двухканальное устройство подавления помех Советский патент 1987 года по МПК H04B1/10 H04B7/08 

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в составе системы дальней тропосферной связи в условиях воздействия внешних помех.

Цель изобретения - увеличение отношения сигнал - помеха на выходе при использовании в качестве входных сигналов устройств разнесенного приема и селекция сигнала с известным соотношением между квадратом дисперсии и четвертым моментом распределения сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема двухканального устройства подавления помех; на фиг. 2 - структурная электрическая схема селектора сигнала с заданными статистическими свойствами.

Двухканальное устройство подавления помех содержит первый 1, третий 2 и второй 3 блоки компенсации помехи, первый 4 и второй 5 суммматоры, усилители 6 с регулируемыми коэффициентами передачи, интегри- руюш,ие фильтры 7, первые перемножители 8, блок 9 фазирования, селектор 10 сигнала с заданными статистическими свойствами, первый 11 и второй 12 квадраторы, первый 13 и второй 14 элементы усреднения, третий 15 и второй 16 перемножители, второй 17 и первый 18 алгебраические сумматоры, инвертор 19, коммутатор 20, первый пороговый элемент 21, фазо- враш,атель 22 на 90°.

Селектор 10 сигнала с заданными статистическими свойствами содержит третий 23, пятый 24 и четвертый 25 квадраторы, третий 26 и четвертый 27 элементы усреднения, третий алгебраический сумматор 28, нуль-орган 29, второй пороговый элемент 30, элемент ИЛИ 31, ключ 32, третий сумматор 33, два канала 34 оценки.

Двухканальное устройство подавления помех работает следующим образом.

На входах двухканального устройства присутствуют входные сигналы, представляющие собой суммы независимых между собой полезных сигналов и помех.

На входе первого канала двухканального устройства имеют U,(t)X(t))t-Hp(t)+Y(t)costcot-b )

На входе второго канала двухканального устройства имеют и2(1)а2Х(1))1+ф(1)-1-ф2 - +b2Y(t)cos(ot + (t), гдеХ(1) и Y(t) -огибающие сигналы и помехи;

ф(1) иЧ(1) - их мгновенные фазы;

32, Ь2, ф2, -амплитуды и фазы, учитывающие различия между сигналами и помехами в различных каналах.

Двухканальное устройство предназначено для работы в случаях, когда могут при- сутствовать лишь «гладкие замирания, а селективно-частотные отсутствуют, а помеха воздействует на оба канала пространствен

0

5

0

ного разнесения. Поэтому коэффициенты а2, Ь2 и фазы ф2, полностью описывают различия составляющих сигналов и помех. В первом сумматоре 4 сигналы Ui и U2 складываются с некоторыми весовыми коэффициентами, в результате чего на выходе первого блока имеется сигнал

U2(t)X3(t)cOS й)1 + ф(1) +фз +

+Уз(1) cos tot+H (1).

Далее этот сигнал возводится в квадрат в первом квадраторе 11 и усредняется в первом элементе 13, на выходе которого имеется сигнал

U4(t) Оз 0,5Xj-f 0,5Уз РО.

На выходе первого элемента 13 определяется средняя мощность процесса на выходе первого квадратора 11 U5(t).

Во втором квадраторе 12 процесс Usit) вновь возводится в квадрат. Сигнал на его выходе UeCt) UsCt) Ualt). Определяют его среднюю величину

U5(t)U(t) |(Xt) +

+Т (Y ) 1(1)

Ж Обозначают ад .. - - 2

(Хз)

5

0

5

0

-2Рассматривают величину g -|-Uo-8P5 (X) 2а+ (Y1) 2- р.

Сравнивают ее с величиной

Нетрудно за метить, что при фиксированном значении U| максимум модуля величины g достигается только в двух случаях:

Хз О, при этом 1 2U3; Y3 О, при этом Хз 2U3.

Таким образом, обеспечение условия max ( g I U3 const соответствует случаям, когда на выходе первого блока 1 присутствует либо только полезный сигнал, либо только помеха.

На этом основан принцип работы двухканального устройства. На выходе второго перемножителя 16 формируется сигнал так, что его компенсация в первом блоке 1 обеспечивает максимум среднего квадрата мощности при фиксированной средней мощности сигнала на его выходе. Это соответствует выделению из суммарного входного сигнала одной его составляющей - либо полезного сигнала, либо помехи.

Вторая составляющая выделяется с помощью второго 3 и третьего 2 блоков. Далее селектор 10 подключает на свой выход ту составляющую, которая представляет собой полезный сигнал.

Рассмотрим формирование опорного сигнала первого блока 1.

Обеспечение максимума величины 1 Ue- 8Ро I при фиксированном Ро эквивалентно обеспечению максимума выражения

lU6-3Pgl & -рг

л

Амплитуда и фаза сигнала UaCt) регулируются изменением суммируемых с напряжением U2(t) двух других взаимноортого- нальных сищалов. Один из них Ui(t), а другой - tJi(t), прощедший через фазовращатель 22 на 90°.

Сигнал Ui(t):

U3(t)U2(t)+KiUi(t)+K2U,(t), где Kb К2 - коэффициенты передачи регулируемых усилителей 6.

Управление коэффициентами KiK2 производится с использованием градиентного метода перестройки. При этом максимум величины gi достигается при управлении перестройкой Кь К2 по закону

Eii

dt

dKi

Ldt -dK2

Находят d

l

. - iKn{u.)

где функция sign {a} равна 1 при a О и равна - 1 при а 1 0. Аналогично

(Ua-3P5 -i(« ) Подставляют ранее полученные выражения:

d/U

Учитывая, чт о

«х.Р| что

.,

тогда

d Us ПI Гт ofi et/ii M

(o)( 1 ак,( з)Ь

1 UlU|U з-й UЙJз.

Множитель перед скобками неотрицате- .лен и его можно опустить, так как он про

порционален только коэффициенту усиления в цепях управления и его можно отнести к коэффициенту усиления регулируемых усилителей 6 или к коэффициенту передачи интегрирующих фильтров 7)

АИ

L dK,( Преобразуют

U|-U,-U|--Ul-U,U3.

полученные выражения

15

Us-UiUl- изи,из и,из();

Us и, из- из и Г из- и, U3(U3Uf- О з).

Выражение под знаком sign{-} также может быть преобразовано:

0

5

0

5

0

5

0

5

Ue- ЗРо (U5) .

Сигнал после третьего перемножителя 15.

U,(t)U4(t)Us(t) Ши

Во втором алгебраическом сумматоре 17 определяется разность между напряжением с выхода второго квадратора 12 и утроенным сигналом с выхода третьего перемножителя 15 и на выходе второго алгебраического сумматора 17 имеют

U8(t) U6-3U7 из- ausul.

Этот сигнал усредняется во втором элементе 14 и на вход первого порогового элемента поступае напряжение из- 3U3U3

XUj-3(0j). Первый пороговый элемент 21 определяет знак этого выражения и вырабатывает требуемый сигнал

sign{y -3(U)} ЗРо),

В первом алгебраическом сумматоре 18 также определяется разность между сигналами с выходов второго квадратора 12 и третьего перемножителя 15:

U9 UT- U6 UlUa- Оз.

Напряжение U9(t) подается на второй перемножитель 16, где перемножается с выходным сигналом коммутатора 20. В зависи- масти от управляющего сигнала первого порогового элемента 21 коммутатор 20 на свой выход подключает либо сигнал U3(t), либо сигнал -из(1) (проинвертированный инвертором 19 из(1)). При этом на выходе коммутатора 20 имеется напряжение U3sign U6- -3PS}.

Таким образом, на выходе второго перемножителя 16 сформирован сигнал

U,o{t) sign U6-3Pj U3(U3 Ul- Оз).

Этот сигнал используется для перестройки первого блока компенсации и поступает на первые перемножители 8.

Поскольку коэффициенты Ki и К2 пропорциональны управляющим напряжениям, подаваемым на регулируемые усилители 6, а те интегралам от входных напряжений интегрирующих фильтров 7, то

Ki-iMi -и,и,о,

дК2 ff ,,

LJiUio

Таким образом, получают требуемые выражения (1), управляющие перестройкой блока компенсации:

dL

gf sign U6-3Pg -U,U3(mU|--U)

f 2 -:s gn U6--3PSj-U,U3(Ul/3-Ul)i|idt

дК.2

Следовательно, на выходе первого блока 1 выделяется либо сигнал, либо помеха. Во втором 3 и третьем 2 блоках из вход- сигналов отделяется вторая компонента суммы. Выделенные таким образом сигналы взаимно фазируются в блоке 9, затем складываются во втором сумматоре 5. Селектор 10 определяет, который из его входных сигналов полезный сигнал.

Для этого определяются вторые и четвертые моменты распределений этих сигналов (или же, средняя мощность и средний квадрат мощности). Отнощение среднего квадрата мощности к квадрату средней мощности характеризует вид сигнала и для каждого вида (функции распределения) - величина постоянная, В то же время, предлагаемое техническое рещение предназначено для работы в условиях, когда вид сиг- пала и помехи ( их функции распределения) различаются. На этих признаках основан принцип работы селектора 10.

Для каждого из двух полученных сигналов определяется соотнощение между квадратом дисперсии и четвертым моментом распределения сигнала. Эти соотнощения сравниваются для обоих входных сигналов. Поскольку вид модуляции полезного сигнала известен, то для него известны и эти соотнощения. Таким образом, к выходу селектора 10 подключается тот из входных сигналов, для которого измеренные соотнощения наиболее приближаются к требуемым (заранее известным).

Рассмотрим работу селектора 10. Пусть на один из входов поступает некоторый сигнал Uii(t). После прохождения этого сигнала через третий квадратор 23, третий элемен1 26 и четвертый квадратор 25 имеют и 12 (Uп). Сигнал с выхода третьего квадратора 23, проходя через пятый квадратор 24 и четвертый элемент 27, имеет вид

5

На выходе третьего алгебраического сумматора 28 имеют

U:4 Ui3-

где у - известное отнощение между квадратом средней мощности и средним квадратом мощности передаваемого полезного сигнала (на передающей стороне системы связи).

Предлагаемое техническое рещение может быть использовано в системах даль0 ней тропосферной связи, где могут наблюдаться только «гладкие замирания. При этом поскольку время измерения много мень- ще, чем квазипериод замираний, то принимаемый полезный сигнал имеет то же соотношение Y что и передаваемый. В этом случае на входе второго порогового элемента 30 того канала 34, на который поступает полезный сигнал, наблюдается напряжение, близкое к нулю. На второй пороговый элемент 30 другого канала 34 идет сигнал, от0 личающийся от нуля.

Вторые пороговые элементы 30 вырабатывают сигнал логической единицы, если на их входах напряжения отличаются от нуля. При этом второй пороговый элемент 30 того канала 34, где имеется полезный сигнал, выра5 батывает логический ноль, а другого канала 34 - единицу. Ключ 32 закрывается, если на его вход поступает единица. Таким образом (если на другой вход элементов ИЛИ поступает ноль) ключ 32, подключенный к входу канала 34 полезного сигнала открыт, а под0 ключенный к входу канала 34, в котором имеется помеха, закрыт и на выход селектора 10 подается полезный сигнал.

В случае, когда помеха и сигнал поступают на другие входы, процессы аналогичны и на выходе селектора 10 присутствует полезный сигнал.

Нуль-орган 29 вырабатывает сигнал логической единицы, когда сигнал на его входе близок к нулю. В противоположной ситуации им вырабатывается сигнал логического нуля.

Присутствие нуль-органа необходимо, чтобы предотвратить принятие ложного ре- щения в случае отсутствия помехи или ее малом уровне. В этом случае, хотя отнощение

3/ (Уз) отличается от f, т величины Уз и УЗ малы, мала и разность (Уз)- Чтобы воспрепятствовать ложному подключению помехи, в этом случае нуль-орган 29 вырабатывает логическую единицу, и соответ- 0 ствующий ключ 32 оказывается закрыт.

Таким образом, двухканальное устройство выделяет из входной смеси полезного сигнала и помехи только полезный сигнал и подает его на выход через третий сумматор 33.

5Формула изобретения

1. Двухканальное устройство подавления помех, содержащее первый и второй блоки

5

0

компенсации помехи, первый вход каждого из которых является входом соответственно первого и второго каналов двухканального устройства подавления шэмех, выход первого блока компенсации помехи соединен с вторым входом второго блока компенсации помехи, вход опорного сигнала которого соединен с его выходом, каждый блок компенсации помехи содержит первый сумматор, первый вход и выход которого являются соответственно первым входом и выходом блока ком- пенсации помехи, фазовращатель на 90°, вход которого является вторым входом блока компенсации помехи, два усилителя с регулируемыми коэффициентами передачи, выходы которых соединены с вторым и третьим входами первого сумматора соответственно, а входы соединены с входом и выходом фазовращателя на 90° соответственно, две цепи, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных первого перемножителя и интегрирующего фильтра, вход первого перемножителя одной цепи соединен с входом одного из усилителей с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом интегрирующего фильтра той же цепи, вход первого перемножителя другой цепи соединен с входом другого усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, управляющий вход которого соединен с выходом интегрирующего фильтра той же цепи.

35

другие входы первых перемножителеи явля- on тистическими свойствами содержит третий ются входом опорного сигнала блока компен-

сации, отличающееся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал - помеха, на выходе при использовании в качестве входных сигналов сигналов устройств разнесенного приема, в него введены соединенные последовательно третий блок компенсации помехи, первый, второй входы и вход опорного сигнала которого соединены соответственно с входом первого канала двухканального устройства подавления помех, выходом первого блока компенсации помехи и выходом третьего блока компенсации помехи, блок фазирования, другой вход которого соединен с выходом второго блока компенсации помехи, второй сумматор, другой вход которого соединен с другим выходом блока фазирования, и селектор сигнала с заданными статистическими свойствами, выход которого является выходом двухканального устройства подавления помех, а другой вход соединен с выходом первого блока компенсумматор, выход которого является выходом селектора сигнала с известными статистическими свойствами, и два идентичных канала оценки, каждый из которых содержит ключ, вход которого является входом соответствующего канала оценки и соответствующим входом селектора сигнала с заданными статистическими свойствами, а выход является выходом соответствующего канала оценки и соединен с соответствующим входом третьего сумматора, соединен- 40 ные последовательно третий квадратор, вход которого соединен с входом ключа, третий элемент усреднения, четвертый квадратор, нуль-орган и элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом ключа, соединенные последовательно пятый квадратор, вход которого соединен с выходом третьего квадратора, четвертый элемент усреднения, третий алгебраический сумматор, другой вход которого соединен с выходом четвертого квадратора и второй пороговый эле45

сации помехи, соединенные последовательно Q мент, выход которого соединен с другим инвертор, вход которого соединен с выхо-входом элемента ИЛИ.

0

дом первого блока компенсации юмехи. коммутатор, другой вход которого соединен с выходом первого блока компенсации помехи, и второй перемножитель, выход которого соединен с входом опорного сигнала первого блока компенсации помехи, соединенные последовательно первый квадратор, вход которого соединен с выходом первого блока компенсации помехи первый элемент усреднения, третий перемножитель, другой вход которого соединен с выходом первого квадратора, и первый алгебраический сумматор, выход которого соединен с другим входом второго перемножителя, соединенные последовательно второй квадратор, вход и выход 5 которого соединены соответственно с выходом первого квадратора и другим входом первого алгебраического сумматора, второй алгебраический сумматор, другой вход которого соединен с выходом третьего перемножителя, второй элемент усреднения и первый пороговый элемент, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, второй вход первого блока компенсации помехи соединен с входом второго канала двухканального устройства подавления помех.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью селекции сигнала с известным соотнощением между квадратом дисперсии и четвертым моментом распределения сигнала, селектор сигнала с заданными ста5

5

n тистическими свойствами содержит третий

сумматор, выход которого является выходом селектора сигнала с известными статистическими свойствами, и два идентичных канала оценки, каждый из которых содержит ключ, вход которого является входом соответствующего канала оценки и соответствующим входом селектора сигнала с заданными статистическими свойствами, а выход является выходом соответствующего канала оценки и соединен с соответствующим входом третьего сумматора, соединен- 0 ные последовательно третий квадратор, вход которого соединен с входом ключа, третий элемент усреднения, четвертый квадратор, нуль-орган и элемент ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом ключа, соединенные последовательно пятый квадратор, вход которого соединен с выходом третьего квадратора, четвертый элемент усреднения, третий алгебраический сумматор, другой вход которого соединен с выходом четвертого квадратора и второй пороговый эле5

Фиг.г

Изобретение относится к радиосвязи. Цель изобретения - увеличение отношения сигнал - помеха на выходе при использовании сигналов устр-в разнесенного приема в качестве входных сигналов, а также осуществление селекции сигнала с известным соотнощением между квадратом дисперсии и четвертым моментом распределения сигнала. Устр-во содержит блоки 1-3 компенсации помехи, сумматоры 4 и 5, усилители 6 с регулируемыми коэф. передачи, интегрирующие фильтры 7, перемножители 8, 15 и 16, блок фазирования 9, селектор 10 сигнала с заданными статистическими свойствами, квадраторы 11 и 12, эл-ты усреднения 13 и 14, алгебраические сумматоры 17 и 18, инвертор 19, коммутатор 20, пороговый эл-т 21 и фазовращатель 22 на 90°. На входах устр-ва присутствуют входные сигналы, представляющие собой суммы независимых между собой полезных сигналов и помех. Данное устр-во предназначено для работы в случаях, когда могут присутствовать лищь «гладкие замирания, а селективно-частотные отсутствуют, и помеха воздействует на оба канала пространственного разнесения, а также в условиях, когда вид сигнала и помехи (их ф-ция распределения) различается. При этом на выходе устр-ва из входной смеси полезного сигнала и помехи выделяется только полезный сигнал. Устр-во по п. 2 ф-лы отличается выполнением селектора 10, дана его ил. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. S (Л СдЭ со О5 ьо ел О)