Адаптивное устройство подавления помех Советский патент 1990 года по МПК H04B1/10 

А

Изобретение относится к технике широкополосной радиосвязи. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет увеличения числа одновременно подавляемых, пространственно разнесенных помех при максимизации отношения мощности сигнала и помехи. Устройство содержит рефлектор 1, основной облучатель 2, дополнительные облучатели 3, 4, 5, 6, регуляторы 7, 8, 9, 10 комплексного коэффициента передачи, весовой сумматор 11, приемный блок 12, блок 13 обработки сигналов, квадратичные амплитудные детекторы 14, 15, процессор 16. Введение нескольких дополнительных антенн, запитываемых с помощью весового сумматора, в адаптивное устройство подавления помех и обеспечение возможности максимизации отношения сигнал/помеха на входе приемного устройства позволяет одновременно эффективно подавлять несколько пространственно разнесенных помех при минимально возможном энергетическом ущербе для полезного сигнала. 4 ил.

Пктоямная МтлЪ/ллщрл/ OtuSaroma

СП СП

to

оэ

00

со

Пвнсха

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах широкополосной радиосвязи.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет увеличения числа одновременно подавляемых пространственно разнесенных помех при максимизации отношения мощности сигнала и помехи на входе приемника .

На фиг.1 представлена структурная схема конкретного примера выполнения адаптивного устройства подавления помех; на фиг.2 - амплитудные диаграммы направленности основной и дополнительных антенн; на фиг.З - схема весового сумматора; на фиг.4- структурная схема процессора.

Адаптивное устройство подавления помех содержит зеркальную антенну, состоящую из рефлектора 1 (диаметр которого около 7 рабочих длин волн) и основного облучателя 2, расположенного в фокусе рефлектора. В фокальной плоскости рефлектора находятся также четыре дополнительных облучателя , лежащие совместно с основным облучателем на общей линии (по два с каждой стороны от основного облучателя). Диаграмма направленности (ДН) зеркальной антенны по ее основному и дополнительным выходам представлена на фиг.2. Выходы дополнительных облучателей через регуляторы 7-Ю комплексного коэффициента передачи подключены к входам весового сумматора 11. Выход весового сумматора подключен к входу приемного блока 12, связанного с блоком 13 обработки сигналов. Последний имеет выходы полезного сигнала и помехи, к которым подключены квадратичные амплитудные детекторы и 15. Выходы огибающей и постоянной составляющей обоих амплитудных детекторов и 15 подключены к процессору 16, который формирует управляющие сигналы для регуляторов 7-10 комплексного коэффициента передачи.

Основной облучатель предназначен для приема полезного сигнала, прихо дящего в направлении, близком направлению главного лепестка его ДН. Помимо полезного .сигнала он может принимать также сигналы помех, воздействующих в области скатов главного лепестка и боковых и задних лепестков его ДН.

Количество N дополнительных облучателей определяет максимальное число одновременно подавляемых помех.

Их характеристики направленности и взаимное расположение с основным облучателем выбираются таким образом, чтобы их ДН, пересекаясь на определенном уровне, заполняли весь телесный угол возможных направлений прихода помех.

В примере выполнения устройства, показанном на фиг., . Сигналы, принятые основным и дополнительным

5 облучателями, складываются в весовом сумматоре, коэффициенты передачи которого для каждого из входов выбраны такие, чтобы обеспечить минимальные потери энергии полезного

0 сигнала, принимаемого основной антенной.

Весовой сумматор 11 состоит (фиг.З) из. четырех двухканальных сумматоров 17-20, соединенных по

5 схеме типа елочка. Сумматоры 17 и 18, складывающие сигналы от двух соответственно ближних и дальних (относительно основного) дополнительных облучателей, - трехдецибельные мос0 ты. Сумматор 19, объединяющий сигналы от дополнительных облучателей, выполнен с переходным затуханием. 13 дБ для сигналов от дальних облучателей, а сумматор 20, складывающий

5 сигналы от основного и дополнительного облучателей, - с переходным затуханием 6 дБ для сигналов от дополнительных облучателей.

о Процессор 16 (фиг.4) представ- ляе;г собой четыре идентичных канала адаптации и генератор 25 ортогональных опорных колебаний (в данном случае четырех пар - по два для

5 каждого канала адаптации) . Каждый

канал адаптации состоит из двух идентичных контуров управления (для каждой координаты регулятора) комплексного коэффициента передачи, каждый

Q контур содержит по две цепочки, последовательно соединенных коррелятора 26 (27, 28, 29) и управляемого аттенюатора 30 (31, 32, 33) сигнала управления, к первой из которых подключен выход огибающей амплитудного детектора 15 помехи, а к второй - выход огибающей амплитудного детектора сигнала. К вторым входам корреляторов 26-29 в каждом контуре подклю

51

чены соответствующие выходы генератора 25 опорных колебаний, причем к корелятору 26 (29) в первой цепи непосредственно, а коррелятору 27 (28) во второй цепи через инвертор З (35 К управляющим входам аттенюаторов в первой и второй цепях подключены выходы постоянной составляющей амплитудных детекторов 15 и соответственно сигнала и помехи. Выходы аттенюаторов 32 и 33 (30 и 31) в каждом контуре управления подключены к сумматору 36 (37). Третий вход сумматора 36 (37) подключен к соответствующему выходу генератора 25 опорных колебаний через управляемый аттенюатор 38 (39). К управляющим входам аттенюаторов 38 и 39 подключен через фильтр 0 нижних частот выход постоянной составляющей амплитудного детектора 15. Выходы сумматоров 36 и 37 подключены к управляющим входам регуляторов 7-10 комплексно- го коэффициента передачи.

Весь сектор помехоопасных направ - лений, лежащий за пределами главного лепестка ДН основного облучателя, начиная с уровня 10 дБ, и захватывающий первые три - четыре боковые лепестка, разбит на четыре части, каждую из которых закрывает ДН отдельного дополнительного облучателя. Коэффициент передачи весового сумматора 11 для сигналов от каждого дополнительного облучателя 3-6 выбран таким образом, чтобы в каждой части сектора выполнялось условие

р0(ь«;,ф; )MFD; (Ы; о

где ЛоП ,

&( - телесный угол, защищаемый

40 происходит такое изменение значений координат регулятора комплексного коэффициента передачи соответствующего дополнительного облучателя, которое обеспечивает выполнение условия,

i-м дополнительным облучателем; 45 максимума отношения полезного сигнэF0(Aoi;,

Ь$) -значение амплитудной ДН основного облучателя в пределах телесного угла (uoi..ftp,;); «0 - коэффициент передачи весового сумматора для сигналов, принимаемых основным облучателем;

FV, (,

bft .J -значение амплитудной ДН 1-го дополнительного облучателя в пределах защищаемого им телесного угла (йоГ,, ufb;);

Кл;. - коэффициент передачи весового сумматора для сигналов, примила (Рс ) к сумме сигналов помех (Рп ) и внутренних шумов приемной системы (Рш) в зависимости от значений параметров (координат) регулятора комплек 50 сного коэффициента передачи

iЈ)P.V+(fb)rt-o

.

55

где х4 и хе - управляемые координаты регуляторов 7-10 ком10

0

маемых i-м дополнительным облучателем.

Благодаря введению нескольких дополнительных облучателей с регуляторами комплексного коэффициента передачи, между которыми распределен, весь телесный угол возможных направлений прихода помех, обеспечивается возможность одновременного поаавления устройством нескольких пространственно рассосредоточенных помех.

В весовом сумматоре 11 для сигналов, принятых каждым дополнительным

15 облучателем, установлены минимально необходимые для выполнения условия (1) коэффициенты передачи. Благодаря этому потери энергии полезного сигнала, принимаемого основным облучателем за счет переходного затухания сумматора, минимальны.

В отсутствие помех под действием сигналов управления, формируемых процессором 16 в направлении положительного градиента по полезному при нимаемому сигналу, с помощью регуляторов комплексного коэффициента передачи происходит самофокусировка антенны по принимаемому полезному сигналу. В случае воздействия на средство помехи в канале адаптации.процессора, соответствующем ее направлению прихода, Формируется сигнал управления, который учитывает с ве5 сом, пропорциональным мощностям полезного сигнала и помехи, к )мпонен- ты градиента в положительно. и отрицательном направлениях. Под действием этого сигнала управления

0 происходит такое изменение значений координат регулятора комплексного коэффициента передачи соответствующего дополнительного облучателя, которое обеспечивает выполнение условия,

5

0

ла (Рс ) к сумме сигналов помех (Рп ) и внутренних шумов приемной системы (Рш) в зависимости от значений параметров (координат) регулятора комплек- сного коэффициента передачи

iЈ)P.V+(fb)rt-o

.

55

где х4 и хе - управляемые координаты регуляторов 7-10 комплексного коэффициента передачи.

Адаптивное устройство работает следующим образом.

В отсутствие помех полезный сигнал, принимаемый антенной, поступает с основного 2 и дополнительных 3-6 облучателей на входы весового сумматора 11. При этом сигналы с дополнительных облучателей проходят через регуляторы комплексного коэффициента передачи, на управляющие входы которых поступают соответствующие опорные колебания. Под их действием координаты регуляторов 7- 10 комплексного коэффициента передачи получают приращения, а следовательно, проходящие через них сигналы - модуляцию соответствующих параметров (амплитуды, фазы). При сложении в весовом сумматоре 11 сигнала от основного облучателя с модулированными сигналами от вспомогательных облучателей выходной сигнал сумматора получает амплитудную модуляцию в соответствии с законами опорных колебаний. Преобразованный по частоте, усиленный сигнал поступает на блок 13 обработки широкополосного сигнала. Свернутый полезный сигнал с блока 13 обработки поступает на квадратичный амплитудный детектор 14 сигнала, с выходов которого снимаются сигналы, пропорциональные квадрату постоянной составляющей и огибающей. Сигнал огибающей поступает параллельно на входы корреляторов 26-29 четырех каналов 21-24 адаптации, где он перемножается на соответствующие опорные колебания, поступающие от генератора 25 опорных колебаний, через инверторы 34 и 35, изменяющие их фазу на 7 , относительно фазы опорных колебаний, поступающих на корреляторы 26-29, которые подключены к амплитудному детектору 15.

На выходе корреляторов 26-29, подключенных к амплитудному детектору 1 сигнала, формируются сигналы ошибки, величины и знаки которых характеризуют отклонения координат рег-уляторов веса от тех значений, при которых обеспечивается максимум мощности полезного сигнала на выходе сумматора 11, т.е. опреде1 1, 2, ,.., 8

ляются градиенты

ЭР.

ЗК;

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Сигналы ошибок с выходов корреляторов 26-29 проходят через управляемые аттенюаторы 30-33, коэффициент передачи которых пропорционален только мощности внутренних шумов (помеха отсутствует), складываются с опорными колебаниями своих каналов и поступают на соответствующие регуляторы 7-10 комплексного коэффициента передачи. Под действием этих сигналов координаты регуляторов комплексного коэффициента передачи изменяются таким образом, чтобы свести к нулю сигналы ошибки. В установившемся состоянии каналов адаптации регуляторы комплексного коэффициента передачи дополнительных антенн обеспечивают минимальное ослабление проходящих сигналов и их синфазность в сумматоре 20 (фиг.З) с сигналом, поступившим от основного облучателя.

Таким образом, с помощью контуров адаптации, подключенных через амплитудный детектор к выходу полезного сигнала блока обработки, опорные колебания на которые поступают через инверторы, обеспечивается синфазное сложение векторов сигнала, принятых основным 2 и дополнительными 3- 6 облучателями, а следовательно, и максимизация мощности полезного сигнала на входе приемника.

При воздействии на антенну помехи, направление прихода которой соответствует сектору, закрываемому ДН, дополнительным облучателем в регуляторе 9 под действием опорных колебаний происходит модуляция параметров помехи. На выходе сумматора 11 помеха (Приобретает амплитудную модуляцию в соответствии с законом опорных колебаний 3 дополнительной антенны. В блоке 13 обработки из входной смеси сигнала и помехи происходит выделение помехи, а в амплитудном детекторе 15 - ее огибающей и постоянной составляющей. Огибающая помехи поступает параллельно на входы других корреляторов (26-29 и т.д.) четырех каналов 21-24 адаптации.

На выходах корреляторов 26 и 29, соответствующих дополнительному облучателю 3, появляются сигналы ошибки, которые пропорциональны отклонениям координат регулятора комплексного коэффициента передачи от тех значений, при которых обеспечивается минимум мощности помехи (т.е. определяется градиент - Под .

ак)Д

ствием этих сигналов ошибки происходит изменение значений координат регуляторов комплексного коэффициента передачи в сторону компенсации помехи. Но это приводит к нарушению установившегося состояния контуров управления данного канала адаптации по полезному сигналу и появлению на выходах корреляторов 27 и 28 сигналов ошибки, которые с выходов корреляторов 27, 28 (пропорциональные

ЗРс

26,

компонентам градиента ГУ-

dKu

29 (пропорциональные компонентам гра ЗРП

диента

ЭК

)

поступают на входы ат1.1

тенюаторов 31, 32,.30, 33 соответственно. На управляющие входы этих аттенюаторов подается сигнал с выходов постоянной составляющей амплитудных значений соответственно помехи и сигнала. Под действием этих сиг налов управления коэффициенты передачи аттенюаторов 30 и 33 устанавливаются пропорциональными средней мощности Рс , а коэффициенты передачи

аттенюаторов 31, 32 - пропорциональными средней мощности РП+РЫ. На выходах сумматоров 36 и 37 формируются результирующие сигналы управления для регулятора 9. В установившемся состоянии контуров адаптации (при равенстве нулю управляющих сигналов) будет обеспечено выполнение условия максимума отношения мощности сигнала к суммарной мощности помехи и внутренних шумов. Регуляторы веса других дополнительных антенн, которые принимают преимущественно полезный сигнал, обеспечивают его синфазное сложение с сигналом, принимаемым основным облучателем.

Благодаря введению в устройство контуров управления по полезному сигналу и по помехе, аттенюаторов, осуществляющих нормирование сигналов ошибки к уровню средней мощности помех и полезного сигнала, а также сумматоров сигналов ошибки обеспечена возможность компенсации помехи при минимальном (для каждого конкретного случая) снижении мощности полезного сигнала.

После завершения процесса адаптации на выходе фильтра 40 нижних частот формируется сигнал, пропорцио

10

15

20

25

5238310

нальный сумме средних мощностей внутренних шумов и остаточной после компенсации помехе, зависящей от величины -опорных колебаний на управляющих входах регулятора комплексного коэффициента передачи. Под действием сигнала с выхода фильтра АО коэффициенты передачи аттенюаторов 38 г 39 устанавливаются так, чтобы обеспечить заданный уровень остаточной мощности помехи, необходимый для ее отслеживания. При воздействии на антенну второй помехи в соответствующем канале другого дополнительного облучателя происходит аналогичный процесс адаптации.

В случае воздействия помех на средство широкополосной радиосвязи с предложенным устройством подавления помех в тот момент, когда еще не осуществлено вхождение в синхронизм блока обработки сигнала, процесс адаптации не отличается от аналогичного процесса в известном устройстве и процесса, обеспечивающего минимум суммы средних мощностей сигнала и помех. После вхождения в синхронизм блока обработки предложенное устройство обеспечивает максимизацию отношения мощности сигнала к мощности помех на входе приемника средства широкополосной радиосвязи.

30

I

Предложенное устройство обеспечивает также нечувствительность средства радиосвязи с направленной антенной к сравнительно небольшим отклонениям положения максимума ДН ной антенны от направления прихода полезного сигнала, поскольку благодаря самофокусировке по сигналу максимум результирующей /1Н всегда направлен на источник полезного сигнала и снижение коэффициента усиления антенны при указанных отклонениях не происходит.

В предложенном устройстве процесс адаптации полностью автоматизирован и не требует вмешательства обслуживающего персонала.

Формула изобретения

Адаптивное устройство подавления помех, содержащее рефлектор, основной и дополнительный облучатели, сумматор, первый вход которого соединен с основным облучателем, а второй

вход через регулятор комплексного коэффициента передачи - с дополнительным облучателем, приемный блок, квадратичный амплитудный детектор сигнала, процессор, содержащий два контура управления, содержащие каждый коррелятор и сумматор, выход которого соединен с управляющим входом регулятора комплексного коэффи- циента передачи, а также генератор опорных колебаний, подключенный к второму входу коррелятора непосредственно, а к второму входу сумматора - через переменный аттенюатор, о т л и чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения числа одновременно подавляемых пространственно разнесенных помех при максимизации отношения мощности сигнала и помехи на входе приемника, в него введены N дополнительных облучателей, диаграммы направленности которых, пересекаясь на заданном уровне, заполняют весь телесный угол возможных направлений прихода помех, подключенных через N дополнительных регуляторов комплексного коэффициента передачи к входам весового сумматора, а также подключенный к выходу приемного блока блок обработки сигналов, к выходам полезного сигнала и помехи которого подключены квадратичные ампли

S

0,6

ft

-з1

,

О ФиН

5 0

0

5

тудные детекторы сигнала и помехи, имеющие выходы постоянной составляющей и огибающей, которые подключены к процессору, содержащему дополнительно 2N-2 идентичных каналов адаптации и генератор 2N опорных колебаний, в каждый из контуров управления канала адаптации процессора дополнительно введены управляемые аттенюаторы, включенные между коррелятором и сумматором, управляющие входы аттенюаторов объединены и подсоединены к выходу постоянной составляющей амплитудного детектора сигнала, а также последовательно соединенные дополнительные коррелятор и аттенюатор, включенные между выходом огибающей амплитудного детектора сигнала и третьим входом сумматора, второй вход коррелятора подключен через инвертор к соответствующему выходу генератора опорных колебаний, а управляющий вход дополнительного аттенюатора - к выходу постоянной составляющей амплитудного детектора помехи, переменный аттенюатор выполнен электрически управляемым и к его управляющему входу подключен выход постоянной составляющей амплитудного детектора помехи через фильтр нижних частот, постоянная времени которого больше времени адаптации контуров управления.

tfp

3° Алищрцф

МСУУф НИО ЯНг

Лвм€ЯЛ