УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Советский патент 1998 года по МПК G01S7/36 H04B1/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокационных и связных системах для выделения радиосигналов на фоне гауссовых и негауссовых некоррелированных помех.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при воздействии негауссовых помех.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 4 - спектральные характеристики сигнала А_s и помехи A_η на входе (а) и выходе (б) предложенного устройства; на фиг. 5 - амплитудно-частотная характеристика предложенного устройства (A_η≫A_s).
Устройство обработки сигналов содержит амплитудный детектор 1, фильтр 2 верхних частот, квантователь 3, источник 4 опорного напряжения, коммутатор 5, двухсторонний амплитудный ограничитель 6, полосовой фильтр 7, балансный модулятор 8 и блок 9 управления, который содержит первый и второй квадраторы 10 и 11, первый и второй фильтры 12 и 13 нижних частот, весовой блок 14 и компаратор 15.

На фиг. 2а, 3а приведены эпюры напряжений на входе амплитудного детектора 1, на фиг. 2б, 3б - на выходе амплитудного детектора 1, на фиг. 2в, 3в - на выходе фильтра 2 верхних частот, на фиг. 2г, 3г - на выходе квантователя 3, на фиг. 2д, 3д - на выходе полосового фильтра 7, на фиг. 2е, 3е - на выходе балансного модулятора 8, на фиг. 2ж, 3ж - на выходе первого квадратора 10, на фиг. 2з, 3з - на выходе второго квадратора 11, на фиг. 2и, 3и - на выходе первого фильтра 12 нижних частот, на фиг. 2к, 3к - на выходе второго фильтра 13 нижних частот.

Устройство обработки сигналов работает следующим образом. На вход амплитудного детектора 1 и двухстороннего амплитудного ограничителя 6 поступает сумма Y_t= S_t+η_t полезного сигнала

и помехи

где ω₀ - средняя частота спектра (несущая частота);
- фаза сигнала, изменяющаяся по псевдослучайному или другому заранее известному закону;
- фаза помехи, изменяющаяся по случайному неизвестному закону.

Амплитуда сигнала А_s постоянная в течение длительности сигнала.

Характерны две сигнально-помеховые ситуации. В первой ситуации (фиг. 2а) помеха представляет собой широкополосный гауссов процесс, мощность которого заранее неизвестна; во второй ситуации (фиг. 3а) помеха представляет собой синусоиду, модулированную по частоте (фазе) случайным или псевдослучайным (и неизвестным) процессом, амплитуда помехи постоянная или изменяется медленно по сравнению со временем корреляции помехи; сигнал имеет мощность много меньше мощности помехи.

В первой ситуации спектр флюктуаций амплитуды помехи широкий и практически весь сигнал (фиг. 2б) с выхода амплитудного детектора 1 проходит на выход фильтра 2 верхних частот (фиг. 2в), мощности сигналов на входе и выходе примерно равны. Так как коэффициент передачи в цепи первого фильтра 12 нижних частот несколько меньше, чем в цепи второго фильтра 13 нижних частот, компаратор 15 находится в состоянии логического "0". Коммутатор 5 при подаче на его управляющий вход сигнала логического "0" подключает к второму управляющему входу балансного модулятора 8 выход источника 4 опорного напряжения U₀. При этом на выходе ограничителя 6 имеет место ограниченное входное напряжение с постоянной амплитудой и мгновенной фазой, равной мгновенной фазе входного сигнала. В предположении, что помеха мощная это напряжение приближенно равно

Выражение (1) справедливо также и в том случае, когда на входе предложенного устройства действует помеха с угловой модуляцией, а второй вход коммутатора 5 подключен к его выходу. Мощность помеховой составляющей при отсутствии сигнала (А_s = 0) не зависит от амплитуды помехи и равна U21

/2, что обеспечивает постоянный уровень неотфильтрованных остатков помехи.

Во второй ситуации спектр флюктуаций амплитуды помехи узкий, поэтому напряжение на выходе фильтра 2 верхних частот мало, и мощность сигнала на его входе больше, чем на его выходе. Поэтому компаратор 15 находится в состоянии логической "1". Коммутатор 5 при подаче на его управляющий вход сигнала логической "1" подключает к второму входу балансного модулятора 8 напряжение с выхода квантователя 3, в котором производится усиление и двухсторонее ограничение напряжения по уровню ±U₀.

Напряжение на выходе амплитудного детектора 1 равно

Полоса режекции фильтра 2 верхних частот выбирается таким образом, что медленно флюктуирующая (помеховая) составляющая амплитуды почти полностью отфильтровывается, а быстро флюктуирующие (сигнальные) составляющие остаются

где - неотфильтрованные остатки амплитуды помехи.

При отсутствии полезного сигнала напряжение на выходе квантователя 3 равно а на выходе балансного модулятора 8

Следовательно, мощность выходного сигнала балансного модулятора 8 не зависит от амплитуды помехи, что гарантирует постоянный уровень неотфильтрованных остатков помехи. При U₀ = 1 мощность помехи на выходе устройства, как и в первой ситуации, равна U21

/2.
При наличии на входе предложенного устройства суммы полезного сигнала и помехи напряжение на выходе квантователя 3 равно

Напряжение на выходе балансного модулятора 8, полученное без учета слагаемых второго и высших порядков малости относительно имеет вид

Первое слагаемое в выражении (2) является сигнальной составляющей, а второе и третье - помеховыми, так как указанные помеховые слагаемые некогерентны с полезным сигналом.

Если выход коммутатора 5 соединен с вторым его входом и на второй вход балансного модулятора 8 поступает напряжение U₀, то справедливо выражение (1) и отношение мощностей сигнальной и помеховых компонент равно

Если выход коммутатора 5 соединен с первым его входом и на второй вход балансного модулятора 8 поступает напряжение с выхода квантователя 3, то справедливо выражение (2), и отношение мощностей сигнальной и помеховых компонент равно

где черта означает усреднение во времени.

С учетом справедливого для ЧМ-сигнала и помехи выражения


При отношении сигнал/помеха на входе выигрыш от применения предложенного устройства составляет
Δq = q₂-q₁= -3,3+15,8 = 12,5 дБ.$

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для выделения радиосигналов на фоне гауссовых и негауссовых некоррелированных помех. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при воздействии негауссовых помех. Устройство содержит амплитудный детектор 1, фильтр 2 верхних частот, квантователь 3, источник 4 опорного напряжения, коммутатор 5, двухсторонний амплитудный ограничитель 6, полосовой фильтр 7, балансный модулятор (БМ) 8 и блок управления (БУ) 9, состоящий из квадраторов 10 и 11, фильтров 12 и 13 нижних частот, весового блока 14 и компаратора 15. Выходной сигнал, представляющий собой сумму полезного сигнала и помехи, через двухсторонний амплитудный ограничитель 6 и полосовой фильтр проходит на БМ 8. С помощью амплитудного детектора 1, фильтра 2 и БУ определяется характер помехи. Если помеха представляет собой широкополосный гауссовский процесс, то по сигналу "0" с БУ 9 коммутатор 5 пропускает на второй вход БМ 8 сигнал источника 4. Если помеха представляет собой синусоиду, модулированную по частоте случайным процессом и имеющую медленно изменяющуюся амплитуду, то по сигналу "1" с БУ 9 коммутатор 5 пропускает на БМ 8 напряжение с квантователя 3, в котором производится усиление и двухстороннее ограничение напряжения. В результате мощность выходного сигнала БМ 8 не зависит от амплитуды помехи. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство обработки сигналов, содержащее амплитудный детектор, фильтр верхних частот и последовательно соединенные двухсторонний амплитудный ограничитель, полосовой фильтр и балансный модулятор, при этом входы двухстороннего амплитудного ограничителя и амплитудного детектора соединены между собой, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при воздействии негауссовых помех, в него введены квантователь, коммутатор, источник опорного напряжения и блок управления, при этом выход амплитудного детектора через последовательно соединенные фильтр верхних частот, квантователь и коммутатор соединен с вторым входом балансного модулятора, выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом коммутатора, вход и выход фильтра верхних частот соединен соответственно с первым и вторым входами блока управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные первый квадратор, первый фильтр нижних частот, весовой блок, компаратор и последовательно соединенные второй квадратор и второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым входом компаратора, при этом первым и вторым входами и выходами блока управления соответственно являются входы первого и второго квадраторов и выход компаратора.