Устройство компенсации помех при сдвоенном приеме радиосигналов Советский патент 1988 года по МПК H04B7/02 H04B1/10 

Вп.

i

(Л

0)

00

йык.}

чение отношения сигнал/помеха на выходе устр-ва при глубоких частотно- селективных замираниях сигнала. Устр- во содержит эл-ты задержки 1 и 2, полосовые фипьтры (ПФ) 3, блоки компенсации (БК) 9 и сумматоры 24, 25, 28 и 29. Устр-во компенсации помехи при сдвоенном приеме радиосигналов предназначено для подавления внешних по мех произвольного вида, кроме сигна- лоподобных помех, имеющих период повторения в точности совпадающий с Т, - интервалом между посьшками. При этом помехи воздействуют одновременно на обе пространственно-разнесенные антенны, которые одинаково ориентированы, и относительньш фазовьш сдвиг по- меховых составлякяцих во входных разнесенных сигналах отличается от фазового сдвига сигнальных составляющих. В устр-ве осуществляется компенсация помеховых составляющих, а полезные составляющие остаются, т.е. происхо-- дит очищение полезных сигналов от помех. Устр-во по П.1 ф-лы отличается введением эл-тов -задержки 1 и 2. ПФЗ, БК 9 и сумматора 25, что уменьшает уровень остатков помех. Устр-во по п.2 ф-лы отличается введением сумматоров 28 и 29, что увеличивает отно- шение сигнал/помеха. Дан пример вы- долнения. БК 9. 1 з.п. ф-лы, 2 шт.

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - уменьшение уровня остатков помех при приеме аддитивной смеси многочастотных радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией с помехами произвольного вида за исключением помех, имитирующих полезный сигнал, а также увели

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при приеме многочастотных радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией по тропосферным каналам связи в условиях воздействия внешних помех.

Цель изобретения - уменьшение уровня остатков помех при приеме аддитивной смеси многочастотных радиоСигна- лов с относительной фазовой манипуляцией с помехами произвольного вида, за исключением помех, имитирующих по- лезнь1й сигнал, а. также увеличение от- ношения сигнал/помеха на выходе уст- ройства при глубоких частотно-селективных замираниях сигнала.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства компенсации, помех при сдвоенном приеме радиосигналовJ на фиг.2 - графики, поясняющие принцип работы устройства компенсации помех при сдвоенном приеме радиосигналов.

Устройство компенсации помех при сдвоенном приеме радиосигналов содержит первый 1 и второй 2 N-отводные элементы задержки, N пар полосовых фильтров 3, первый 4 и второй 5 амплитудные детекторы, интегрирующий фильтр 6, блок 7 стробирования, перемножитель 8, первый и j-e (j 2, 3, ..., N), блоки 9 компенсации, первый 10 и второй 11 блоки управления

коэффициентами передачи усилителей, второй 12, первый 13, пятый 14, шестой 15, третий 16 и четвертьй 17 элементы задержки, с первого по четвертьй смесители 18-21, первый 22 и второй 23 сумматоры, первый 24 и второй 25 выходные сумматоры, с третьего по шестой сумматоры 26-29, фазовращатель 30 на 90°, опорный гетеродин 31, первьй 32 и второй 33 усилители с регулируемыми коэффициентами передачи, первый 34 и второй 35 блоки фазирования, первый 36 и второй 37 коммутаторы, первый 38 и второй 39 ключи, первый 40 и второй 41 вычитатели, первьм 42 и второй 43 пороговые блог ки, первый 44 и второй 45 формирователи прямоугольных импульсов, первый 46 и второй 47 фильтры переменной составляющей сигнала и элемент И 48, .

Устройство работает следующим образом.

Работа предлагаемого устройства основана на особой частотно-временной структуре спектра составных сигналов: Действительно (см. фиг.2а), несмотря на то, что сигнал отличен от нуля практически весь интервал Т между посылками, в течение этого интервала он в каждый момент времени занимает относительно узкую полосу спектра внутри общей полосы f . Действительно, в течение каждого парциального

15

интервала Т, /N сигнал существует только в одной из парциальных полос шириной f , а внутри других полос в этот момент времени уровень сигнала незначителен. Поэтому если рассмотреть составной сигнал в некоторой системе координат, по осям которой отложены частота f и время t (фиг.2а), то можно сделать вывод, что Q каждому парциальному радиоимпульсу соответствует небольшая локальная область А в этой системе координат. Совокупность всех парциальных сигналов, образующих составной сигнал, представляет собой совокупно.сть подобных соприкасающихся локальных областей. Эта совокупность также образует некоторую область В, описывающую составной сигнал в целом тотного интервала f в течение периода Т, эта область занимает относи- : тельно небольшую площадь, примерно равную 1/N.

Внешние помехи, которые воздействуют на систему связи, также могут быть представлены в подобной системе координат. Так область, соответствующая быстродействующей импульсной помехе С, вытянута вдоль вертикальной оси (f). Область, соответствующая непрерывной узкополосной помехе D, вытянута вдоль горизонтальной оси (t). Помеха произвольной структуры в подобной системе координат может иметь область произвольной формы.

Устройство предназначено для подавления внешних помех произвольного вида, кроме сигналоподобных помех.

т.е. имеющих период повторения, в точности совпадающий с Т. Кроме этого, помехи воздействуют одновременно на обе пространственно-разнесенные антенны (не показаны), что имеет место практически во всех случаях, так как обе пространственно-разнесенные антенны одинаково ориентированы, относительный фазовый сдвиг помеховых составляющих во входных разнесенных сигналах отличается от фазового сдвига сигнальных составляющих.

При этом помеха, занимающая ту же общую полосу спектра f(, что и полезный сигнал, и сосуществующая с ним во времени, может вообще не совпадать с областью В, занимаемой полезными компонентами, либо накладываться на нее лишь частично. Тем не менее такая помеха точно так же воздействует

14068014

на демодуляторы приемников (не показаны) и может приводить к значительному ухудшению помехоустойчивости связи. .

Рассмотрим общий случай воздействия помехи (фиг.2б). Она имеет часть Е, перекрывающуюся с областью полезного сигнала, и часть F, лежащую вне ее.

Б устройстве обе части помехи по- различному нейтрализуются в полезном сигнале.

Часть F просто исключается из сигнала. Для этого в моменты, когда на данном полосовом фильтре 3 отсутствует полезный сигнал (парциальный радиоимпульс) , его выход размыкается от последующих цепей, часть Е помехи Внутри час-20 компенсируется.

Входные сигналы в N-отводных элементах 1 и 2 разделяются по отводам с относительными задержками Т,/N и проходят через соответствующие поло- 25 совые фильтры 3. На выходах пары полосовых фильтров 3 одинакового номера подключены идентичные блоки 9 компенсации. В отсутствие помехи на входы каждого блока 9 поступает последовательность радиоимпульсов длительностью Т,/N и периодом следования Т, (если имеет место многолучевость, то вместо каждого радиоимпульса поступает несколько). С помощью амплитудных детекторов 4 и 5 выделяется их огибающая, представляющая собой последовательность видеоимпульсов. С ее помощью формируются две последовательности прямоугольных стробирующих импульсов совпадающие по времени с принимаемыми видеоимпульсами каждого разнесенного сигнала. Для этого, чтобы уменьшить влияние аддитивных тепловых шумов, применяется накопление g в редиркуляторах, образованных сумматорами 26 и 27 и элементами 16 и 17, имеющими время задержки, равное Т. Сумматоры 26 и 27 обеспечивают сложение сигналов с такими весовыми коэффициентами, чтобы отсутствовало самовозбуждение и, кроме того, уменьшился уровень аддитивных шумов на их выходах. Формирователи 44 и 45 из видеоимпульсов формируют стробирующие прямоугольные импульсы, необходимые для вырезания помех. Фильтры 46 и 47 исключают постоянную составляющую, а также влияние на формирователи 44 и 45 непрерывной состав1гяющей помехи

30

35

40

50

55

15

Q

0

25 g

30

25 g

35

25 g

40

25 g

50

25 g

55

51406801

постоянного уровня (если она присут- дующего сложения ствует). Ключи 38 и 39 открываются .только в моменты, когда на них при- ходяТ стробирующие импульсы с формирователей 44 и 45. В остальное время они закрыты.

Для управления компенсацией стробирующие импульсы с обоих формирователей 44 и 45 подаются на элемент И 48, который вырабатывает управляющее напряжение только тогда, когда на его входах одновременно присутствуют стробирующие импульсы обоих формирователей 44 и 45, т.е. когда парциаль-- центральная частота. ные импульсы данной пары полосовых В фазовращателе 30 происходит по- фильтров 3 совпадают по времени (хо- ворот фазы на 90 , напряжение на .его тя бы частично).

Задержка элементов 14 и 15 также равна Т,. Поэтому если нет внешних 20 помех, то на выходах вычитателей 40 и 41 Сигналы отсутствуют. Если на вход действует помеха, то (поскольку она некоррелирована с сигналом) на

Помеховые составляющие при этом компенсируются.

Амплитудно-фазовая подстройка производится с помощью опорного гетеродина 31. Он вырабатывает синусоидальное напряжение Ug с частотой Q ог UpCostOr-t. В смесителе 18 образуется напряжение разностной частоты 10 UrU,(t) Cos(Wr, - Wr)t + (f, +

+ (|;|(t), где Un(t) (t) - амплитуда и фаза помеховой составляющей первого разнесенного сигнала, прошедшей данный полосовой фильтр 3,00 - его

выходе Ugo Uj-sincOpt. Усилители 32 и 33 обеспечивают коэффициенты усиления К, и К (оба коэффициента могут менять знак). При этом напряжение на выходе сумматора 22 } K,UrCoscOrt+ + K Uj-sinQ t U AcosOlo t -Ы. ,

выходах вычитателей 40 и 41 появляет- 25 где А - К + К, , oi, arctg;-. Это

ся напряжение. Пороговые блоки 42 и 43 фиксируют это напряжение и форми руют из Н€;го импульсы, управляющие коммутаторами 36 и 37.

2 ч к

напряжение поступает на вход смеси- теля 19, где образуется сигнал раз- /ностной частоты

Uiq AUrUn, (t)cosr(0n-ar)t + Фп + Ранее коммутаторы 36 н 37 подклю- зо + ф. -осП

чили на свой выход сигналы прямого ,, (t) - амплитуда помеховой сос- прохрадения (с выходов блоков 34 итавляющей во второй вет35). После прихбда управляющего сигнала с пороговых блоков 42 и 43 оба коммутатора 36 и 37 подключают на свои вьпсоды сигнал с выхода смесителя 20. Это обеспечивает нейтрализацию части Е (фиг.2б) помехового сигнала, так как на вькоде смесителя 20 в полезном сигнале помеха утке скомпенсирована.

ви, Vj - относительньш фазовый

35

сдвиг помех между ветвями разнесения.

Сигналы смесителей 18 и 19 складываются в сумматоре 23. С помощью cor ответствуквдих К, и К обеспечиваются 40 условия Uq, AUnj ; у - об п. При этом помеховые составляющие в разнесенных сигналах компенсируются, а полезные составляющие (поскольку они некоррелированы с помехами) остаются, 45 Таким образом происходит очищение ПО7 лезных сигналов от помех.

Ключи 38 и 39 открьшаются соответ- ствукщими стробирующими импульсами, которые имеют место лишь в моменты присутствия парциальных импульсов полезного сигнала. В остальное время они закрыты. Таким образом, на выход устройства пропускаются сигналы тольВ смесителе 20 выделяются суммарная частота Q (со„- Uo) + ог

КО из области В (фиг.2а). Вся осталь- --Юп, т.е. сигнал возвращается в пер- ная часть вне их независимо от того, д воначальную область спектра, содержит она помеху (область F,Этот очищенный от помехи сигнал и

фиг.2б) или только тепловой шум входных цепей, отсекается.

используется в коммутаторах 36 и 37 в моменты, когда помеха и сигнал на входе накладываются друг на друга

Ko meнcaция помеховых составляющих 55 (область Е на фиг.26). во входных сигналах производится с по- помощью амплитудно-фазовой регулировки (таким образом, чтобы помехи в них стали равны и противофазны) и послеВ блоках 34 и 35 производится сравнение фазы данного разнесенного сигнала (с выхода элемента 12 или 13) с фазой компенсационного сигнала

дующего сложения

центральная частота. В фазовращателе 30 происходит по- ворот фазы на 90 , напряжение на .его

Помеховые составляющие при этом компенсируются.

Амплитудно-фазовая подстройка производится с помощью опорного гетеродина 31. Он вырабатывает синусоидальное напряжение Ug с частотой Q ог UpCostOr-t. В смесителе 18 образуется напряжение разностной частоты UrU,(t) Cos(Wr, - Wr)t + (f, +

+ (|;|(t), где Un(t) (t) - амплитуда и фаза помеховой составляющей первого разнесенного сигнала, прошедшей данный полосовой фильтр 3,00 - его

центральная частота. В фазовращателе 30 происходит по- ворот фазы на 90 , напряжение на .его

выходе Ugo Uj-sincOpt. Усилители 32 и 33 обеспечивают коэффициенты усиления К, и К (оба коэффициента могут менять знак). При этом напряжение на выходе сумматора 22 } K,UrCoscOrt+ + K Uj-sinQ t U AcosOlo t -Ы. ,

ви, Vj - относительньш фазовый

сдвиг помех между ветвями разнесения.

Сигналы смесителей 18 и 19 складываются в сумматоре 23. С помощью cor ответствуквдих К, и К обеспечиваются условия Uq, AUnj ; у - об п. При этом помеховые составляющие в разнесенных сигналах компенсируются, а полезные составляющие (поскольку они некоррелированы с помехами) остаются, Таким образом происходит очищение ПО7 лезных сигналов от помех.

В смесителе 20 выделяются суммарная частота Q (со„- Uo) + ог

--Юп, т.е. сигнал возвращается в пер- воначальную область спектра, Этот очищенный от помехи сигнал и

(область Е на фиг.26).

В блоках 34 и 35 производится сравнение фазы данного разнесенного сигнала (с выхода элемента 12 или 13) с фазой компенсационного сигнала

(с выхода смесителя 20) и фаза каждого разнесенного сигнала подстраивается под фазу общего компенсационного Св котором содержится только полезная составляющая). По этой причине при перекоммутации в коммутаторах 36 и 37 не происходит скачков фазы полезного сигнала, достаточно опасных для ОФТ. Управление коэффициентами К;, и К регулируемых усилителей производится с помощью блоков 10 и 11. В каждом из них второй разнесенный сигнал переносится на частоту о„- сОпг с повнешней помехи (независимо от ее положения относительно области В сигнала, фиг.2а), В других блоках 9 про- g изводятся аналогичные операции. Все парциальные импульсы поступают на сумматоры 24 и 25, где образуются короткие радиоимпульсы, которые используются в дальнейшей обработке. В ус- 10 ловиях относительно небольшого уровня полезного сигнала и значительных селективно-частотных замираний применяется включение сумматоров 28 и 29. В таких условиях может происходить мощью смесителя 21, далее определяет- 15 срыв правильной вьфаботки суммирующих

ОГ

ся коэффициент корреляции этого сигнала с входным сигналом смесителя 20 с помощью перемножителя 8. Этот сигнал интегрируется в интегрирующем

фильтре 6, результатам интегрирования 20 недостаточным для устойчивой работы пропорциональны коэффициенты К, и К. формирователей 44 и 45. В этих услосрыв правильной выработки стробирую- щих импульсов формирователями 44 и 45, так как уровень некоторых из парциальных и myльcoв может стать малым.

При интегрировании одновременно происходит минимизация обоих измеренных коэффициентов корреляции. Если устранено влияние полезного сигнала, то достижение коэффициентами корреляции нулей означает одновременно компенсацию помехи на входе смесителя 20.

Влияние полезного сигнала устравиях выход сумматора 26 подключается также к одному из входов сумматора 28, к другим его входам подключаются 25 выходы соответствующих сумматоров 26 других блоков 9. Выход сумматора 28 .соединен с одним их входов суммато- ра 26 в каждом из блоков 9.

Аналогично, выход сумматора 27 няется блоком 7, Он управляется стро- ЗО каждого из блоков 9 соединен с одним бирующими прямоугольными импульсами из входов сумматора 29, а выход сум- с выхода элемента И 48 и размыкается при их приходе. Опасными (для измерения параметров помех) являются только результаты перемножения полезных составляющих обоих разнесенных после всех полосовых фильтров 3 уже

совпадают по времени, то в формировании суммарного видеоимпульса на выходах сумматоров 26 и 27, используемого в формирователях 44 и 45, теперь участвуют видеоимпульсы, образованные сразу из всех парциальных. Поэтому даже если уровень какого-либо парци35,

матора 29 подключен к входу сумматора 27 в каждом блоке 9.

Поскольку парциальные импульсы

40

сигналов. Эти моменты времени имеют место лишь при одновременном присутствии парциальных импульсов на выходе данной пары фильтров 3, но как раз в эти моменты результат перемножения исключается из накопления интегратором с помощью блока 7. Так нейтрализуется влияние полезного сигнала на управление регулируемыми усили- талями.

Элементы 12 и 13 применяются для нейтрализации времени задержки в целях формирования стробирующих импульсов. Их величина выбирается такой, чтобы в блок 7 стробирующий импульс с элемента И 48 поступал одновременно с результатом перемножения парциальных импульсов в перемножителе В.

В результате осуществления всех описанных операций на выходах блока 10 присутствуют те же парциальные , импульсы, что и на выходах соответ- ; ствующих полосовых фильтров 3, но без

50

55

ального радиоимпульо,а становится малым (из-за селективно-частотных зами-. ранни), то на работе соответствукяце- го блока 9 это не сказьшается.

Формула изобретения

недостаточным для устойчивой работы формирователей 44 и 45. В этих услосрыв правильной выработки стробирую- щих импульсов формирователями 44 и 45, так как уровень некоторых из парциальных и myльcoв может стать малым.

Аналогично, выход сумматора 27 ЗО каждого из блоков 9 соединен с одним из входов сумматора 29, а выход сум- после всех полосовых фильтров 3 уже

35,

матора 29 подключен к входу сумматора 27 в каждом блоке 9.

Поскольку парциальные импульсы

0

5

ального радиоимпульо,а становится малым (из-за селективно-частотных зами-. ранни), то на работе соответствукяце- го блока 9 это не сказьшается.

Формула изобретения

второй блоки фазирования, первый и второй коммутаторы, первый элемент задержки, второй элемент задержки, элемент И, первьй и второй формирователи прямоугольных импульсов, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента И, первый и второй блоки управления коэффициентами передачи ускпителей, первьй смеситель, соединенные последовательно опорный гетеродин, выход которого соединен с первым входом первого смесителя, первый усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, вход регулирую щего сигнала которого соединен с выходом первого блока управления коэффициентом передачи усилителя, первьй сумматор, второй смеситель, второй сумматор, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков управления коэффициентами передачи усилителей, а другой вход соединен с выходом первого смесителя, и третий смеситель, выход которого сое динен с первыми входами первого и второго коммутаторов, соединенные последовательно фазовращатель на 90 вход которого соединен с выходом опорного гетеродина, и второй усили тель с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен с другим входом первого сумматора, а вход регулирующего сигнала соединен с выходом второго блока управления коэффициентом передачи усилителя, отличающееся тем, что, с целью уменьшения уровня остатков помех при приеме аддитивной смеси многочастотных радиосигналов с относи- тельной фазовой манипуляцией с поме- -хами произвольного вида, за исключением помех, имитирующих полезный сигнал, в него введены первый и второй N-отводные элементы задержки, входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, N пар полосовых фильтров, j-e блоки компенсации (j 2,3, ..., N), идентичные первому блоку компенсации, выход каяодого из которых соединен с J-M входом первого выходного сумматора, второй выходной сумматор, каждый вход которого соединен с дополнительным выходом соответствующего блока компенсации i-e (i 1,2, ... N)- отводы первого и второго N-отвод- ных элементов задержки соединены с первым и вторым входами i-ro блока

5 о о

5

5

0

5

компенсации соответственно через первый и второй полосовые фильтры i-й пары полосовых фильтров, в каждый блок компенсации введены первый и второй ключи, выходы которых являются выходом и дополнительным выходом блока компенсации, входы соединены соответственно с выходами первого и второго коммутаторов, а управляющие входы соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей прямоугольных импульсов, соединенные последовательно первый фильтр переменной составляющей сигнала, вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, третий сумматор, выход которого соединен с входом первого формирователя прямоугольных импульсов, и третий элемент задержки, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, соединенные последовательно второй ф1-тьтр переменной составляющей сигнала, вход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора, четвертый сумматор, выход которого соединен с входом второго формирователя прямоугольных импульсов, и четвертый элемент задержки, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, соединенный последовательно пятьш элемент задержки, вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, и первый вычи- татель, другой вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход соединен с входом первого порогового блока, соединенные последовательно шестой элемент задержки,, вход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора, и второй вычитатель, другой вход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора, а выход соединен с входом второго порогового бло- ка, выходы первого и второго порог9 вых блоков соединены соответственно с управляющими входами первого и второго коммутаторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков фазирования, выход первого элемента задержки, вход которого соединен с входом второго амплитудного детектора и является вторым входом блока компенсации, соединен с входом второго блока фазирования и другим входом второго смесителя, другой вход второго

блока фазирования соединен с выходом третьего смесителя, другой вход которого соединен с выходом опорного гетеродина, первый и второй входы первого блока фазирования соединены соответственно с выходом третьего смесителя и другим входом первого смесителя, соединенного также с выходом второго элемента задержки, входы второго элемента задержки и первого амплитудного детектора являются первым входом блока компенсации, каждый блок управления коэффициентом передачи усилителя содержит соединенные последовательно четвертый смеситель, первый вход которого является вто- входом блока управления коэффици15 ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/помеха на выходе устройства при глубоких частотно-селективных замираниях сигнала, в него введены пятый сумматор, входы

:ентом передачи усилителя и соединен с выходом первого элемента задержки, 20 которого соединены с выходами третьих а второй вход является третьим входом сумматоров, а выход соединен с тре- блока управления коэффициентом передачи усилителя, перемножитель, другой вход которого является первым входом

тьими входами третьих сумматоров, шестой сумматор, входы которого соединены с выходами четвертых сумматосоответствующего блока управления ко- 25 роВ} а выход соединен с третьими вхо- эффициентом передачи усилителя, блок дами четвертых сумматоров.

стробирования, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И и является четвертым входом блока управления коэффициентом передачи усилителя, и интегрирующий фильтр, выход которого является выходом блока управления коэффициентом передачи усилителя, третьи входы первого и второго блоков управления коэффициентами передачи усилителей соединены соответственно с выходом опорного гетеродина и выходом фазовращателя на 90°. 2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/помеха на выходе устройства при глубоких частотно-селективных замираниях сигнала, в него введены пятый сумматор, входы

которого соединены с выходами третьих сумматоров, а выход соединен с тре-

которого соединены с выходами третьих сумматоров, а выход соединен с тре-

тьими входами третьих сумматоров, шестой сумматор, входы которого соединены с выходами четвертых сумматоФив.2