МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА ИЗ ПОМЕХ Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в широкополосных системах связи.

Известен ряд многоканальных устройств, позволяющих вести борьбу с узкополосными помехами. Большинство из известных устройств содержат многоканальный анализатор спектра параллельного типа, каналы которого разбивают полосу частот принимаемого сигнала на m равных полос. Подавление узкополосных помех в каждом из каналов осуществляется различными способами см., например, пат. США №3112452.

Недостатком известных устройств является низкая эффективность подавления узкополосных помех.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является пат. США №3988679 (прототип), блок-схема которого приведена на фиг.1, где введены следующие обозначения:

1 - антенна;

2 - частотный расширитель;

3 - узкополосный фильтр;

4 - линейный усилитель;

5 - обнаружитель и коррелятор шума;

6 - переключатель;

7 - сумматор;

8 - выходное устройство.

Функциональные связи между блоками в прототипе следующие. Выход антенны 1 соединен через расширительно-согласующее устройство 2 с N параллельными каналами подавления помех, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтра 3, усилителя 4 и ключа 6, а также обнаружителя шума 5, входом присоединенного к выходу фильтра 3 и входу усилителя 4, а выходом - ко второму входу ключа 6, выходы ключей 6 соединены через сумматор 7 с выходным устройством 8.

Устройство-прототип работает следующим образом. Входной широкополосный сигнал с выхода антенны 1, поступает на расширитель 2, который используется в качестве буферного каскада, далее шумоподобный входной сигнал поступает на вход N каналов подавления, в каждом из которых происходит расфильтровка и усиление сигнала, а также обнаружение помехи в обнаружителе 5. Если в данном частотном канале, будет обнаружена узкополосная помеха, то сигнал управления с выхода обнаружителя 5 отключит переключатель 6, т.е. сигнал с выхода соответствующего усилителя 4 не будет подаваться на сумматор 7. Если в соответствующем канале не присутствует узкополосная помеха, то выходной сигнал с усилителя 4 поступает через переключатель 6 на сумматор 7, где происходит суммирование сигналов от всех непораженных каналов.

Недостатком известного устройства является низкая помехозащищенность по отношению к узкополосным. Целью предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности по отношению к узкополосным помехам.

Указанная цель достигается за счет дополнительного введения последовательно соединенных блока временного сжатия, смесителя, фильтра, линии задержки, а также последовательно соединенных вторых смесителя, фильтра и блока временного растяжения, при этом выход усилителя 4 соединен со входом блока временного сжатия, выход линии задержки соединен через переключатель со входом второго смесителя, а вход линии задержки - со входом обнаружителя шума 5, синхровходы блока временного сжатия и блока временного растяжения соединены с генератором импульсов, а вторые входы первого и второго смесителей - с синтезатором частоты, выход блока временного растяжения является выходом канала подавления и соединяется с сумматором 7.

Блок-схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2, где введены следующие обозначения:

3, 4, 5, 6 - те же, что и в прототипе;

1 - блок временного сжатия (БВС);

7, 11 - смесители;

9, 12 - фильтры;

10 - линия задержки;

2 - генератор тактовых импульсов (ГТИ);

8 - синтезатор;

13 - блок временного растяжения (БВР).

Связи в предлагаемом устройстве те же, что и в прототипе. Выход усилителя 4 соединен с последовательно соединенными БВС 1, смесителем 7, фильтром 9, линией задержки 10, выходом соединенной с переключателем 6, выход которого соединен с последовательно соединенными смесителем 11, фильтром 12, БВР 13, вход обнаружителя 5 соединен с выходом фильтра 9 и входом линии задержки 10, синхровходы БВС 10 и БВР 13 соединены с ГТИ 2, вторые входы смесителей 7, 11 соединены с синтезатором 8.

Предлагаемое устройство работает аналогично прототипу за некоторым исключением. Сигнал с выхода усилителя 4 подается в БВС 1, где происходит временное сжатие сигнала. Преобразованный таким образом сигнал в смесителе 7 перемножается с опорным колебанием и переносится на промежуточную частоту. Далее аналогично прототипу в обнаружителе 5 происходит обнаружение помехи, и если помехи нет, то после задержки в линии задержки 10 преобразованный таким образом сигнал поступает через переключатель 6 на смеситель 11, где происходит обратное гетеродинирование, т.е. сигнал с промежуточной частоты переносится на несущую. В блоке временного растяжения 13 обработанные таким образом реализации входного сигнала из временной области переносятся в частотную, т.е. происходит восстановление сигнала.

Покажем достижение поставленной цели.

Как известно в загруженных диапазонах волн могут сложиться ситуации, когда в известном устройстве могут быть поражены помехами до 90% каналов. Пораженные каналы в прототипе не используются для выделения полезного сигнала. В то же время в заявляемом устройстве сигнал в каждом из каналов подвергается дополнительной обработке, которая эквивалентна увеличению числа каналов подавления, что, как известно, ведет к улучшению соотношения сигнал/шум на выходе устройства.

Действительно в прототипе для эффективного выделения сигнала требуется большое количество параллельных каналов, однако их техническая реализация вызывает принципиальные трудности, т.к. нельзя создать достаточно узкополосные фильтры (с относительной полосой пропускания менее 5%). В то же время заявляемое устройство позволяет проводить оценку сигнала в эквивалентной полосе в 10÷20 раз меньшей, чем полоса фильтра 3 в прототипе. В качестве примера рассмотрим стандартный блок защиты, имеющий 20 каналов подавления аналогичных прототипу.

Полоса ШПС составляет Δf_o=1 МГц, полоса анализа каждого канала Δf_a=50 кГц. Увеличивать число каналов, т.е. уменьшать полосу фильтров нецелесообразно, т.к. при Δf/f≤5% значительно ухудшаются температурные характеристики, а при Δf/f≤1%

LC - фильтры практически не реализуется. В то же время работа частоты и полоса ШПС такова, что невозможно использование других типов фильтров. В заявляемом объекте можно получить эквивалентную полосу анализа по крайней мере в 10÷20 раз уже, чем в известной системе, т.е. Δf_a1=2,5÷5 кГц. Следовательно, если узкополосная помеха с шириной спектра менее 5 кГц поражает в прототипе канал с полосой 50 кГц, то в заявляемом объекте только 5 кГц, в то же время, если такими помехами в прототипе при равномерном их расположении можно отключить до 80-90% каналов (т.е. 80÷90% полезной полосы ШПС не будет использоваться), в то время как в заявляемом объекте при том же числе помех не будет использоваться только 8÷9% полезной полосы ШПС, что и доказывает достижение поставленной цели.

Следует еще раз остановиться на том, что вследствие того, что невозможно доводить число каналов подавления в прототипе свыше 30÷40, т.е. с эквивалентной полосой анализа ШПС меньшей 2÷5%, устройство-прототип имеет недостаточную помехозащищенность к узкополосным помехам. Предложенное техническое решение позволяет уменьшать эквивалентную полосу анализа не менее чем в 10÷20 раз, т.е. получить ее меньше чем 0,5%, Это достигается за счет того, что расфильтрованные обычным способом реализации входных ШПС подвергаются дополнительной обработке, которая заключается в предварительной записи входной реализация и анализу ее в сжатом масштабе времени и далее восстановлению в реальный масштаб. При этом коэффициент временного сжатия и определяет уменьшение эквивалентной полосы анализа.

Остановимся подробнее на аппаратурной реализация вновь введенных блоков.

Смесители 7, 11, фильтры 9, 12, линия задержки 10, генератор тактовых импульсов 2, синтезатор частот 8 являются широко известными элементами радиотехники и могут быть выполнены любыми известными методами.

Блок временного сжатия 1 может быть выполнен любыми способами, и в частном случае, как показано на фиг.3, где введены следующие обозначения:

1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

2 - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

3 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). При этом вход АЦП является информационным входом БВС, а выход АЦП, соединен с последовательно соединенными ОЗУ 2 и ЦАПЗ, выход которого является выходом устройства, синхровходы АЦП1 и ОЗУ2 соединены с ГТЧ 13. БВС работает следующим образом: входная реализация сигнала длительностью Т_о и полосой Δf_a прообразовывается в АЦП1 в цифровую форму и записывается в соответствующих ячейках ОЗУ2, далее содержимое этих ячеек начинает последовательно считываться со скоростью в К раз больше, чем скорость записи и преобразовывается в аналоговую форму в ЦАПЗ. Таким образом происходит временное сжатие входного сигнала, одновременно со считыванием предыдущей реализации в свободные ячейки ОЗУ2 происходит запись очередной реализации входного сигнала.

Блок временного растяжения в простейшем случае может быть изготовлен в виде последовательно соединенных многоотводной линии задержки и блока, аналогичного блоку временного сжатия, с той лишь разницей, что здесь считывание происходит в К раз медленнее, чем запись.

Обнаружитель помех 5 может быть выполнен любым известным способом, например как в прототипе.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к радиосвязи и может быть использовано в широкополосных системах связи. Техническим результатом изобретения является повышение помехозащищенности по отношению к узкополосным помехам. Указанный результат достигается за счет дополнительного введения последовательно соединенных блока временного сжатия, смесителя, фильтра, линии задержки, а также последовательно соединенных вторых смесителя фильтра и блока временного растяжения, при этом выход усилителя 4 соединен со входом блока временного сжатия, выход линии задержки соединен через переключатель со входом второго смесителя, а вход линии задержки - со входом обнаружителя шума 5, синхровходы блока временного сжатия и блока временного растяжения соединены с генератором импульсов, а вторые входы первого и второго смесителей - с синтезатором частоты, а выход блока временного растяжения является выходом канала подавления и соединяется с сумматором 7. 3 ил.

1. Многоканальное устройство для выделения широкополосного сигнала из помех, содержащее последовательно соединенные антенну, П-канальный частотный расширитель, "П" параллельно включенных каналов, общий сумматор и выходной блок, причем каждый из каналов содержит последовательно включенные: узкополосный фильтр, линейный усилитель, первый смеситель, первый фильтр, линию задержки, выключатель, другой вход которого через обнаружитель шума соединен с выходом первого фильтра, второй смеситель и второй фильтр, причем другие входы первого и второго смесителей соединены соответственно с первым и вторым выходами синтезатора, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости в условиях воздействия узкополосных помех, в каждый канал введены: блок временного сжатия, между выходом линейного усилителя и входом первого смесителя, блок временного растяжения, между выходом второго фильтра и выходом устройства, и синтезатор тактовых импульсов, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым управляющими входами блока временного сжатия, а третий и четвертый выходы соединены с первым и вторым управляющими входами блока временного растяжения.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок временного сжатия содержит последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является входом блока устройства, а управляющий вход является первым управляющим входом устройства блок оперативной памяти, управляющий вход которого является вторым управляющим входом устройства, и цифро-аналоговый преобразователь, выход которого является выходом устройства.