Адаптивный компенсатор помех Советский патент 1993 года по МПК H04B1/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокационных и связных системах для выделения широкополосных и узкополосных сигналов с произвольными законами амплитудной и фазовой модуляции на фоне коррелированных шумовых помех.

Цель изобретения - увеличение отношения сигнал-помеха на выходе адаптивного компенсатора;

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока синхронного детектирования; на фиг. 3 - схема блока модуляции; на фиг. 4 - схема селектора полярности импульсов.

: Адаптивный компенсатор помех (фиг. 1) содержит первый 1, второй 13 и третий 14 сумматоры, первый 2 и второй 4 смесители, первый 3 и второй 5 полосовые фильтры, усилитель 6 с АРУ, генератор 7, блок 8 комплексного-взвешивания, блоки 9 и 10 синхронного детектирования, интегрирующие фильтры 11, 12, блоки 15, 16 модуляции, перемножители 17, 18, фазовращатель 19. селекторы 20, 2.1 полярности, схему И 22,

дешифратор 23, пороговые элементы 24,25, ключи 26,27, генератор 28 поискового колебания.

Блок синхронного детектирования (фиг, 2) содержит узкополосный фильтр 1, синхронный детектор 2, ключи 3,5, усилитель 4, схему НЕ 6.;

Блок модуляции (фиг. 3) содержит ключи 1 и 2, модулятор 3, схему НЕ 4. Селектор полярности импульсов (фиг. 4) содержит пороговый элемент 1, амплитудные детекторы

2. 3, сумматоры 4, элемент 5 задержки.

Адаптивный компенсатор помех содержит блок комплексного взвешивания 8. вход которого соединен с вспомогательной антенной, соединенные последовательно основную антенну, первый сумматор 1, два других входа которого соединены с выходами блока комплексного взвешивания 8, первый смеситель 2, первый полосовой фильтр

3. выход которого является выходом адаптивного компенсатора, первый перемножитель 18, первый блок синхронизации 10, первый интегрирующий фильтр 12,первый сумматор 14, выходом соединенный со вторым входом блока комплексного взвешивасо

с

00

о

XI

ел

2

ния 8, последовательно соединенные первый блок 15 модуляции, второй перемножитель 17, второй интегрирующий фильтр 11, второй сумматор 13, выходом соединенный с третьим входом блока 8 комплексного взвешивания, последовательно соединенные второй смеситель 4, второй полосовой фильтр 5, усилитель 6 с АРУ, второй блок 16 модуляции, фазовращатель на 90° 19, выходом соединенный со вторым входом первого перемножителя 18, последовательно соединенные схему И 22, дешифратор 23 и генератор 28 поискового колебания, первый и второй выходы которого соединены соответственно через первый и второй ключи 13 и 14 с вторыми входами второго и третьего сумматоров 13 и 14 и одновременно с третьими входами блоков синхронного детектирования 9 и 10 и третьими входами первого и второго блоков 15 и 16 модуляции, а также два пороговых элемента 24 и 25, входы которых соединены соответственно с первыми входами второго 13 и третьего 14 сумматоров, а выходы - соответственно с первым и вторым входами дешифратора 23, два селектора 20 и 21 полярности импульсов, выходами соединенные с первым и вторым входами схемы И 22, а входами - соответственно со вторыми входами блока синхронизации 9 и 10, и гетеродин 7, выходом соединенный со вторыми входами первого 2 и второго 4 смесителей. Причем второй выход дешифратора соединен с управляющими входами ключей 26 и 27 и одновременно со вторыми входами 10 и 9 блоков синхронизации и первыми входами соответствующих блоков 15 и 16 модуляции. Второй вход второго перемножителя 1.7 соединен с выходом первого полосового фильтра 3.

Каждый блок модуляции 15, 16 (фиг. 3) содержит первый и второй ключи 1 и 2, сигнальные входы которых являются вторым входом блока модуляции, элемент НЕ 4, выход кот орого соединен с управляющим входом первого ключа 1, а вход соединен с управляющим входом второго ключа 2 и является первым входом блока модуляции, и модулятор 3, первый вход которого соединен с выходом второго ключа 2, второй вход является третьим входом блока модуляции, а выход соединен с выходом первого ключа и является выходом блока модуляции.

Каждый блок синхронного детектирования 9 и 10 (фиг. 2) содержит элемент НЕ 6, соединенные последовательно узкополосный фильтр 1, синхронный детектор 2, другой вход которого является третьим входом, а выход - вторым выходом блока синхронного детектирования, и первый ключ 3, управляющий вход которого соединен с входом элемента НЕ 6 и является вторым входом блока синхронного детектирования, соединенные последовательно усилитель 4,

вход которого соединен с входом узкополосного фильтра 1 и является первым входом блока синхронного детектирования, и второй ключ 5, выход которого соединен с выходом первого ключа 3 и является первым

выходом блока синхронного детектировэ- ния, а управляющий вход соединен с выходом элемента НЕ 6.

Каждый селектор полярности импульсов 20 и 21 (фиг. 4) содержит соединенные

последовательно первый амплитудный детектор 2, сумматор 4 и пороговый элемент 1, соединенные последовательно второй амплитудный детектор 3 и элемент задержки 5, выход которого соединен с другим Б.ХОДОМ

сумматора 4, при этом входы первого и второго амплитудных детекторов 2 и 3 и выход порогового элемента 1 являются входом и выходом селектора полярности соответственно.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии помех на входах антенн на выходах полосовых фильтров 3 и 5, выделяется колебание полезного сигнала Ис. Линейный перенос спектра входного сигнала на промежуточную частоту осуществляется смесителями 2 и 4 и генератором 7. Блоки синхронного детектирования 9 и 10 осуществляют приближенную оценкуградиента средней мощности помехи иПом 2. Если UnoM I |i (где Јi - порог пороговых элементов 1 в селекторах импульсов 20 и 21), то пороговые элементы 1 вырабатывают напряжение, соответствующее состоянию

логического О, которое поступает на схему И 22. С выхода схемы И 22 сигнал логический О поступает на третий вход дешифратора 23. По этой команде дешифратор 23 вырабатывает сигнал логический нуль на

1-м и 2-м выходах, по которому открываются ключи 26, 27, ключ 2 в блоках модуляции 15, 16, ключ 3 в блоках 9, 10 и ключ 1 в блоках 15, 16, В этом случае от генератора 2.8 через ключи 26 и 27 поступает поисковое колебание а ,г, которое складывается в сумматорах 13 и 14 с напряжением Ci и Са от интегрирующих фильтров 11 и 12. Коэффициент модуляции / % полного колебания а лежит в пределах 1 %.

При отсутствии помехи напряжение на выходах интегрирующих фильтров Ci и С2 определяется только усреднённым собственным шумом РШО- по которому выбирается порог Ј0 пороговых элементов 24 и 25.

Если РШО Јо, то на выходах пороговых элементов 24 и 25 имеется напряжение, соответствующее состоянию логический нуль.

При появлении помехи на входах антенн на выходах интегрирующих фильтров 11 и 12 появляется сигнал, превышающий пороговый уровень Ј0 в пороговых элементах 24, 25, выдающих сигнал логическая ,единица, по которому на первом выходе дешифратора 23 формируется сигнал логическая единица. По этой команде генератор 28 начинает программно изменять коэффициент модуляции поискового колебания а (режим поиска):

/.Јро)

i

где , 1, 2 ... - номер шага.

Начальное значение коэффициента модуляции /Знач. зависит от топологии поверхности функционала качества Р (Wi, Wa) (средней мощности помехи), которая зависит от линейности характеристики, затухания и паразитных фазовых сдвигов блока 8 комплексного взвешивания.

Топология поверхности функционала строится предварительно на основании априорного знания амплитудных и паразитных фазовых характеристик блока 8 комплексного взвешивания как экспериментальным путем, так и методом моделирования. Значение /Знач.. и число шагов выбирается из условия, чтобы в процессе поиска алгоритм успевал пройти зоны локальных стационарных точек Блок. Для этого необходимо, чтобы выполнялось условие:

рами 1 в блоках синхронного детектирования 9 и 10.

Определение наклона характеристики функционала качества P(Wi, Wa) производится синхронными детекторами 2 в блоках 9 и 10. Градиент функционала качества V P(Wi, №) пропорционален в синхронной и квадратурной ветвях на выходах синхронных детекторов 2 блоков 9 и 10

частотным производным:

ТУР - (.д Р . ЗР

JWJ

(4)

|U-Ui,2 -Wi,2l/Ui.2 -flul,

где Uo - колебание сигнала, помехи и шума в первом тракте приема;

Ui,2 - колебание сигнала, помехи и шума в синфазной и квадратурной ветвях (2) второго тракта приема.

Операция выделения квадратурной составляющей сигнала (квадратурная ветвь приема) происходит фазовращателем 19, а

операция перемножения сигналов (в фигурных скобках выражения (4)) осуществляется перемножителями 17 и 18.

Дифференциальное уравнение, описывающее процесс формирования сигналов Сг и С2 на выходе интегрирующих фильтров 11

и 12, имеет следующий вид:

d Ci,2 +

dt

C.i.2 -yMV P(Wi,W2j, (5)

35 где /f -коэффициент адаптации.

В установившемся режиме среднее значение напряжения Ci,2 имеет вид:

Использование: радиотехника, радиолокационные и связные системы. Сущность изобретения: в адаптивном компенсаторе помех в условиях отличия выходной функции качества от квадратичной сходимость алгоритма обеспечивается соответствующим выбором поискового шага алгоритма с поисковыми шагами. 1 ил.

S

лок.

(2Г

5глоб 1«1.2Д

на i-шаге..4

Как правило, на практике . выбирается равным 0,3-0,7. Напряжение Wi, W2 на выходах сумматоров 13 и 14 равно:

Wl,.2+ $«1,2 (3)

Вследствие независимости (ортогональности) поисковых колебаний а и о& затухание весового множителя комплексного взвешивания 8 в синфазной и квадратурной ветвях применяется независимо друг от- друга, т.е. .осуществляется взвешивание сигнала помехи в дополнительном тракте приема. Процесс модуляции колебания Ut осуществляется модуляторами 3 в блоках 15 и 16 модуляции,

Разделение поисковых колебаний а и оц осуществляется1 узкополосными фильт7W- .2 1 + к/аиЬ

С1,2

.(6):

где К - коэффициент усиления АРУ (6);

р - коэффициент корреляции помехи Uon и Uin на входах суммирующего блока 1.

Коэффициент усиления К блока б выбирается из условия предотвращения самовозбуждения в петле обратной связи при мощных помехах:

К

1 Ю

пп

ИНТ

GU2

(7)

где Рпп - полоса пропускания полосовых фильтров 3 и 5;

Ринт - полоса пропускания интегрирующих фильтров. 11 и 12;

G - коэффициент усиления второй ан-. тенны.:

В процессе поиска глобального минимума (Зглоб) функционала P(Wi, Wa) выходное напряжение синхронных детекторов 2 блоков 9, 10 имеет вид разнополярных импульсов разной амплитуды (при VP 0). В случае если V P(W) Ј, пороговые элементы 1 блоков 20 и 21 вырабатывают сигнал логическая единица, и логический нуль, если. Д Р Ј . Процесс поиска глобального минимума останавливается, когда на обоих выходах пороговых элементах 24 и 25 имеется логическая 1. а на выходе блока И 22 логический О. Мощность помехи в этом случае на выходе сумматора 1 минимально определяется нескомпенсированным остатком помехи Л Pi, вызванным наложением поискового колебания а 1.2иразвкоррелиро- ванностью помех между первым и вторым тактами приема:

ATJn2 Uno +

(8)

Возведя в квадрат и подставив (3) и (6) в (8), получим:

AUn2 Р1(9)

.где APi Uni2/32ai,22,

Uni - напряжение помехи во втором тракте приема.

Степень компенсации помех определяется выражением:

Uno

AUS + P

(Ю)

Шо

которая тем выше, чем меньше остаток помехи на выходе сумматора 1 lAUn2.

Для исключения влияния поискового колебания на степень компенсации помех на втором выходе дешифратора 23 вырабатывается сигнал логическая единица, по которому происходит остановка режима поиска генератора 28, закрываются ключи 26 и 27, ключи 3 в блоках синхронного детектирования 9 и 10, ключи 1 в блоках 15 и 16 модуляции.

В результате происходит отключение поискового колебания ом,2 генератора 28 от вторых входов сумматоров 13 и 14 блоков 9 и 10, что приводит к равенству весовых коэффициентов Wt и Ci, а остаток ДР 0.

Таким образом, происходит преобразование алгоритма с поисковыми шагами в алгоритм с корреляционной обратной связью, которую имел прототип. Весовые коэффициенты Wu для алгоритма с корреляционными обратными связями равны:

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

. W12 pkUUu(11)

1 +KU1.22

Выражение (11) отличается от (6) только отсутствием коэффициента модуляции ft..

Только при выражение (6) и (11)

практически не отличаются друг от друга.

Предложенное устройство имеет, по сравнению с прототипом, более высокую эффективность компенсации помех в условиях отличия выходной функции качества P(W) от квадратичной. При этом выигрыш по степени компенсации помех (коэффициенту подавления) Кп может достигать различной величины, определяемой характеристикой P(W), а также расположением зон локальных минимумов и седловин. Практически это значение лежит в пределах от 5 до 20 дБ. В качестве поисковых колебаний используются простейшие гармонические ортогональные колебания на частотах 1-100 кГц. Фор мула изобретения Адаптивный компенсатор помех, содержащий блок комплексного взвешивания, вход которого соединен с вспомогательной антенной, соединенные последовательно основную антенну, первый сумматор, два других входа которого соединены с выходами блока комплексного взвешивания, первый смеситель, первый полосовой фильтр, выход которого является выходом адаптивного компенсатора, и первый перемножитель, другой вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90°, второй перемножитель, вход которого соединен с выходом адаптивного компенсатора первый и второй интегрирующие фильтры, соединенные последовательно второй смеситель, вход которого соединен с выходом вспомогательной антенны, и второй полосовой фильтр, другие входы первого и второго смесителей соединены с выходом гетеродина, от л ича ющийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал - помеха на выходе адаптивного компенсатора, в неге введены первый и второй пороговый элементы, входы которых соединены с выходами первого и второго интегрирующих фильтров соответственно, дешифратор, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго пороговых элементов, генератор поисковых колебаний, управляющий вход которого соединен с первым выходом дешифратора, элемент И, выход которого соединен с Третьим входом дешифратора, первый и второй селекторы полезности импульсов, выходы которых соединены с входами элемента И, усилитель с автоматической регулировкой усиления,

вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, второй и третий сумматоры, выходы которых соединены с входами сигналов весового множителя блока комплексного взвешивания, а первые входы соединены с выходами первого и второго интегрирующих фильтров соответственно, первый и второй ключи, выходы которых соединены с входами второго и третьего сумматоров соответственно, первый и второй блоки модуляции, первые входы которого соединены с вторым выходом дешифратора и управляющими входами первого и второго ключей, вторые входы соединены с выходом усилителя с автоматической регулировкой усиления, первый блок синхронного детектирования, первый выход которого соединен с входом первого интегрирующего фильтра, второй выход соединен с входом второго селектора полярности импульса, первый вход соединен с выходом второго перемножителя, второй вход соединен с вторым выходом дешифратора, а третий вход соединен с первым выходом генератора поисковых колебаний, третьим входом первого блока модуляции и входом первого ключа, второй блок синхронного детектирования, первый выход которого соединен с входом второго интегрирующего фильтра, второй выход соединен с входом первого селектора полярности импульсов, первый вход соединен с выходом .первого перемножителя, второй вход с.оедйнен с вторым выходом дешифратора, а третий вход соединен с вторым выходом генератора поисковых колебаний, третьим входом-второго блока модуляции и входом второго ключа, выход первого блока модуляции соединен с другим входом второго перемножителя, а выход второго блока модуляции соединен с входом фазовращателя на 90°, каждый блок модуляции содержит первый и второй ключи, сигнальные входы которых являются вторым входом блока модуляции, элемент НЕ, выход которого со- 5 единен с управляющим входом первого ключа, а вход соединен с управляющим входом второго ключа и является первым входом блока модуляции, и модулятор, первый вход которого соединен с выходом второго

0 ключа, второй вход является третьим входом блока модуляции, а выход соединен с выходом первого ключа и является выходом блока модуляции, каждый.блок синхронного детектирования содержит элемент НЕ, сое5 диненные последовательно узкополосный фильтр, синхронный детектор, другой вход которого является третьим входом, а выход - вторым выходом блока синхронного детектирования и первый ключ, управляющий

0 вход которого соединен с входом элемента НЕ и является вторым входом блока синхронного детектирования, соединенные последовательно усилитель, вход которого . соединен с входом узкополосного фильтра

5 и является первым входом блока синхронного детектирования, и второй ключ, выход которого соединен с выходом первого ключа и является первым выходом блока синхронного детектирования, а управляющий

0 вход соединен с выходом элемента НЕ, каждый селектор полярности импульсов содержит соединенные последовательно первый амплитудный детектор, сумматор и пороговый элемент, соединенные последователь5 но второй амплитудный детектбр и элемент задержки, выход которого соединен с другим входом сумматора, при этом входы первого и второго амплитудных детекторов и выход порогового элемента являются вхо0 дом и выходом селектора полярности соответственно.

J.IMX.JL

4 -

Г

Х 5

Jx.l

селемор имТГльсо