Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи, может быть использовано в радиотехнических системах, предназначенных для приема широкополосных (сложных) сигналов на фоне узкополосных (сосредоточенных) и импульсных помех.
Большинство известных устройств борьбы с помехами основано на различении полезного сигнала и помех в спектральной или временной областях. В широкополосных системах связи широкое распространение получили многоканальные устройства борьбы с помехами, которые осуществляют анализ спектра входной смеси полезного сигнала и помех с дальнейшей обработкой участков спектра, пораженных помехами. При этом обработка входной смеси полезного сигнала и помех осуществляется либо методом ограничения, либо методом интерполяции (взвешивание) либо методом режекции участков спектра, пораженных помехами (см., например, пат. США №3112452 от 26.11.63 г., НКИ 326-16, Выделение сигнала на фоне помех с помощью многоканальных фильтров; А.Н.Иощенко, кандидатская диссертация "Исследование методов борьбы с сосредоточенными помехами", Новосибирск, 1970 г., Бенджамин "Последние достижения в технике генерирования и обработки радиолокационных сигналов", "Зарубежная радиоэлектроника", №7, 1965 г., стр.46-47; Г.И.Тузов "Статистическая теория приема сложных сигналов". М.: Сов. радио, стр.126-128; "Принципы отождествления каналов передачи сигналов", под ред. Л.И.Филиппова, М.: Наука, 1973 г., стр.64-67).
Все перечисленные устройства содержат многоканальный (фильтровой анализатор спектра параллельного типа, каналы которого разбивают полосу частот принимаемого сигнала на m равных полос. Устройства различаются как по методам подавления помех в каналах, так и по технической реализации этих методов.
Так устройство, описанное в пат. США №3112452, осуществляет ограничение узкополосных помех в каналах. В диссертации А.Н.Иощенко и работе под редакцией Л.И.Филиппова приводятся устройства, которые подавляют узкополосные помехи методом режекции участков спектра широкополосного сигнала, пораженных узкополосными помехами.
Перечисленные устройства, особенно устройства, реализирующие методы режекции и "оптимальное" взвешивание, позволяют весьма эффективно бороться с узкополосными помехами в широкополосных системах связи.
"Оптимальное" взвешивание, в основу которого положен принцип "выбеливания" спектра помех и впервые предложенный Котельниковым В.А. (см. работу: Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. - М.: Госэнергоиздат, 1956 г.) в предположении гауссовости помех является оптимальным в задаче оптимального обнаружения и выделения полезного сигнала. Реальные же узкополосные (сосредоточенные) помехи имеют законы распределения мгновенных значений, как правило, отличные от гауссовой. К ним относятся сигналы от вещательных и радионавигационных станций, а также различные виды пассивных и организованных помех. Используя же в этих условиях приемник, оптимизированный по отношению к гауссовой помехе, мы теряем потенциальную возможность борьбы с негауссовыми помехами, основанную на отличии плотностей вероятностей таких помех от гауссовой.
В последнее время активно исследуется вопрос о повышении помехоустойчивости широкополосных (сложных) сигналов по параллельным частотным каналам за счет оптимизации нелинейной обработки в каждом из них [Кашкин В.Б. Функциональные полиномы в задачах статистической радиотехники. - Новосибирск, Наука, 1981 г.; Уланов А.Е. Прием сложных сигналов по параллельным частотным каналам на фоне белого шума и сосредоточенных по спектру помех, Известия вузов, серия Радиоэлектроника, т.XXIV, №4, 1981; Уланов А.Е., Шайдуров Г.Я., Гришко Н.И. Обнаружение и прием сложных сигналов, маскируемых шумом и сосредоточенными помехами. Радиотехника и электроника, №9, 1982]. Известно также, что если помеха негауссова, то отношение сигнал/помеха в отдельном частотном канале можно повысить посредством безынерционного преобразования входной смеси (см., например, Антонов О.Е. Обнаружение полностью известного сигнала. - Радиотехника и электроника, 1967, 12, вып.4, с.579; Панкратов B.C., Антонов О.Е. Об оптимальном приеме бинарных сигналов на фоне негауссовых помех. - Электросвязь, №9, 1967, с.25; Валеев В.Г., Гонопольский В.Б. Метод амплитудного подавления негауссовых помех. Радиотехника и электроника, №11, 26, 1981, с.2301-2307; Подавление помехи в приемнике путем вариационной модуляции огибающей, пат. США №3605018, опубл. 14.09.1971 г.; Устройство для подавления сильного электрического сигнала, пат. США №4135159, опубл. 16.01.1979 г.).
Анализ работы адаптивного многоканального блока защиты от сосредоточенных (узкополосных) помех с нелинейной обработкой приведен в работе Уланова А.Е. Прием сложных сигналов по параллельным каналам на фоне белого шума и сосредоточенных по спектру помех. Известия вузов, серия Радиоэлектроника, 1981, т.XXIV, №4. Структурная схема этого блока приведена на фиг.1. Он содержит L каналов, в каждом из которых имеется входной Ф1 и выходной Ф2 полосовые фильтры, управляемые безынерционные нелинейные элементы (БНЭ), усилитель с переменным коэффициентом усиления. Анализатор каналов (AK-1) идентифицирует каналы "пораженные" сосредоточенными помехами. В каналах, где нет помех, нелинейная цепь БНЭ отключена (линейный режим). В оставшихся каналах по принятому алгоритму осуществляется регулировка параметров БНЭ (нелинейный режим). Анализатор каналов (АК-2) производит анализ отсчетов напряжений на выходах полосовых фильтров и устанавливает веса, с которыми напряжения входят в общую сумму.
В упомянутой выше работе проводится анализ работы блока защиты с учетом последующей обработки сложного сигнала в согласованном фильтре (СФ) и делается вывод, что в реальной помеховой ситуации, характеризующейся наличием сосредоточенных помех с различными статистическими свойствами, можно существенно повысить помехоустойчивость приема по параллельным частотным каналам за счет оптимизации нелинейной обработки в каждом из каналов. Однако рассматриваемая в статье характеристика БНЭ, стоящего в каждом канале, удобна только для теоретического анализа, но не для практической реализации. Недостатками БНЭ являются прецизионность его настройки и резкое падение эффективности подавления сосредоточенной помехи в случае ее амплитудной модуляции (см., например, О.Е.Антонов, В.С.Панкратов. Подоптимальное обнаружение слабых сигналов на фоне амплитудно-частотно-модулированных помех. Радиотехника и электроника, №1, 1975 г., рис.4, стр.185).
Из множества методов борьбы с помехами с использованием нелинейной обработки в значительной степени авторами были использованы идеи, заложенные в пат. США №3605018, опубл. 14.09.1971 г. - Подавление помехи в приемнике путем вариационной модуляции огибающей. Нелинейная обработка в этом устройстве представляет собой следующую последовательность операций:
1) выделение огибающей из суммарной смеси полезного сигнала и помехи;
2) усреднение огибающей этой смеси;
3) формирование напряжения управления как разности огибающей смеси полезного сигнала и помехи и усредненного напряжения огибающей;
4) перемножение напряжения управления и входной смеси полезного сигнала и помехи.
Устройство, реализующее данный способ, изображено на фиг.2. На ней обозначено
1 - детектор огибающей,
2 - перемножитель,
3 - усредняющее устройство,
4 - усилитель разности.
Один вход перемножителя 2 подключен ко входу детектора огибающей 1, а другой вход подключен к выходу усилителя разности 4, суммирующий вход которого подключен непосредственно к выходу детектора огибающей 1, а вычитающий вход через усредняющее устройство 3, которое выполняется в виде интегририрующей RC-цепи, также подключен к выходу детектора огибающей 1. Вход детектора огибающей 1 является входом всего устройства, а выход перемножителя 2 является его выходом.
Устройство работает следующим образом. Предположим, что на вход устройства поступает полезный сигнал
и сосредоточенная помеха
где S и I - мощность полезного сигнала и помехи соответственно.
Найдем огибающую сигнала r(t)=s(t)+i(t) на выходе детектора огибающей 1. Согласно работе [И.С.Гоноровский. Радиотехнические цели и сигналы, изд. третье, М., 1978 г., стр.115-118] имеем
После несложных тригонометрических преобразований получим
Предполагая, что полезный сигнал меньше помехи (S«I), а также учитывая, что 
при x«1, получим
На выходе усреднящего устройства 3 будем иметь постоянное напряжение, равное амплитуде помехи 
Таким образом, формула для управляющего сигнала g(t) на выходе усилителя разности 4 имеет следующий вид:
Сигнал на выходе устройства (после перемножителя 2) будет иметь вид
Из этого выражения видно, что первые два слагаемых выражают соответственно полезный сигнал и помеху, за исключением того, что их амплитуды будут существенно изменены. Последние два члена представляют собой комбинационные составляющие третьего порядка. Если амплитуда помехи значительно больше амплитуды полезного сигнала, то второй и третий члены оказывают незначительное влияние на отношение сигнал/помеха, так как их амплитуда S оказывается много меньше амплитуды полезного сигнала 
и амплитуды четвертого члена.
Поэтому помеха > сигнала
Отсюда становится понятным, что отношение сигнал/помеха на выходе схемы нелинейной обработки будет около 0 дБ, даже если помеха на ее входе окажется значительно больше полезного сигнала. Легко увидеть, что усредняющее устройство 3 и вычитающее устройство 4 эквивалентны фильтру верхних частот первого порядка. То есть интегрирующая RC-цепочка 3 и разностный усилитель 4 могут быть заменены дифференцирующей RC-цепочкой (это конкретная реализация фильтра верхних частот первого порядка).
Применение устройства, изображенного на фиг.2, в канале с нелинейной обработкой без его "доработки" неэффективно, так как степень подавления помех, имеющих амплитудную модуляцию, невысокая, а вероятность их появления в любом частотном канале большая (это и амплитудно-модулированные помехи и частотно-модулированные со значительной паразитной AM, которая очень часто возникает в канале).
Для устранения этого недостатка следует брать не фильтр верхних частот первого порядка, а фильтр верхних частот более высокого порядка. Кроме того, на входе перемножителя следует поставить ограничитель для устранения амплитудных флуктуаций в помехе.
С учетом этого устройство изображено на фиг.3, где обозначено
1 - детектор огибающей,
2 - фильтр верхних частот (ФВЧ),
3 - ограничитель,
4 - перемножитель.
Входы детектора огибающей 1 и ограничителя 3 объединены и являются входом устройства. Выход детектора огибающей 1 через ФВЧ 2 подключен к одному входу перемножителя 4. Выход ограничителя 3 подключен к другому входу перемножителя 4, выход которого является выходом всего устройства. Учитывая, что устройство, изображенное на фиг.3 в предлагаемом в дальнейшем многоканальном устройстве подавления сосредоточенных помех играет одну из центральных ролей, рассмотрим подробнее его работу в условиях воздействия амплитудно-частотно-модулированной помехи.
Предположим, что на вход устройства поступает полезный сигнал
и амплитудно-частотно-модулированная помеха
,
где m - глубина амплитудной модуляции сигналом с частотой Ω
В этом случае огибающая суммарной смеси полезного сигнала и помехи на выходе детектора огибающей 1 будет иметь вид по аналогии с предыдущим (см. формулу 1)
Граничную частоту Ωг полосы пропускания ФВЧ 2 следует выбирать из условия Ωг> Ω. В этом случае первый член в формуле (1) будет отфильтрован. Тогда управляющий сигнал на входе перемножителя 4 будет иметь вид
На другой вход перемножителя 4 сигнал поступает с выхода ограничителя 3, который устраняет амплитудные флуктуации в опорном сигнале. Учитывая малость полезного сигнала по сравнению с помехой, в выражении для сигнала на выходе ограничителя 3 будем учитывать только составляющие мощной помехи. Если порог ограничения помехи в ограничителе 3 равен U0, то сигнал на его выходе имеет вид
С учетом (2') и (3) сигнал на выходе устройства будет иметь вид
Из выражения (4) видно, что отношение сигнал/помеха на выходе схемы нелинейной обработки, изображенной на фиг.3, будет 0 дБ, даже если амплитудно-частотно-модулированная помеха на ее входе значительно больше полезного сигнала.
Подводя итог приведенным выше рассуждениям, подчеркнем, что применению методов нелинейной обработки в частотных каналах многоканального блока зашиты от сосредоточенных (узкополосных) помех в последнее время уделяется много внимания. Причем основная масса публикаций посвящена теоретическому исследованию этой проблемы. Необходимость и важность применения нелинейной обработки в блоках защиты от помех в настоящее время актуальна, так как большое число каналов блока защиты часто оказываются пораженными сосредоточенными, негауссовыми помехами (до 70-90%) каналов. Эффективное подавление этих помех в каналах возможно без потери полезного сигнала, а в блоках защиты с "оптимальным" взвешиванием эта возможность не используется (происходит "отключение" этих каналов при большой помехе и мощность полезного сигнала, заключенного в этих каналах, теряется). Учитывая, что блок защиты ставится, как правило, на входе приемного устройства, все это будет приводить в конечном итоге к потерям в достоверности выделения информации. Предпосылкой же для создания практически работающего блока защиты от сосредоточенных помех с нелинейной обработкой служит обилие устройств и методов подавления сосредоточенных помех в отдельных частотных каналах (в частности, и рассмотренные выше).
Блок-схема устройства-прототипа изображена на фиг.4, где введены следующие обозначения:
1 - широкополосный входной фильтр с полосой пропускания, большей или равной полосе частот широкополосного сигнала,
2 - сумматор.
3 - безынерционный ограничитель,
4 - выходной фильтр с полосой пропускания, равной полосе частот широкополосного сигнала,
5 - блок усиления и преобразования частоты полезного сигнала в промежуточную частоту,
6 - узкополосный фильтр,
7 - усилитель,
8 - детектор,
9 - схема сравнения,
10 - регулируемый усилитель,
11 - безынерционный ограничитель,
12 - фазовращатель,
13 - схема выбора минимума.
Широкополосный входной фильтр 1 подключен к высокочастотному входу блока усиления и преобразования 5, выход которого подключен к высокочастотным входам каналов. В каждом канале выход узкополосного фильтра 6 подключен к входу усилителя 7, выход которого соединен с входом детектора 8. Выход детектора 8 соединен с суммирующим входом схемы сравнения 9 и с соответствующим входом схемы выбора минимума 13, выход которой соединен с управляющим входом блока усиления и преобразования 5 и вычитающими входами схем сравнения 9. Выход схемы сравнения 9 подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 10, выход которого подключен к входу безынерционного ограничителя 11, а высокочастотный вход - к входу усилителя 7. Выход ограничителя 11 подключен к последовательно соединенным фазовращателю 12, сумматору 2, безынерционному ограничителю 3 и широкополосному фильтру 4, выход которого является выходом устройства.
Устройство работает следующим образом. Предположим, что на вход широкополосного входного фильтра 1 поступает широкополосный полезный сигнал, "белый шум" и узкополосные (сосредоточенные) помехи, а импульсные помехи отсутствуют. В этом случае устройство осуществляет подавление узкополосных помех методом уменьшения коэффициентов усиления каналов, пораженных помехами. Это происходит следующим образом. Схема выбора минимума 13 выбирает минимальное напряжение из напряжений на выходах детекторов 8. Это напряжение используется в качестве напряжения автоматической регулировки усиления (АРУ), а также поступает на вычитающие входы схемы сравнения 9, в которых это напряжение вычитается из напряжений, поступающих с выходов соответствующих детекторов 8. Коэффициент усиления регулируемых усилителей 10 уменьшается с ростом напряжений на выходах схем сравнений 9. По этой причине наибольший коэффициент усиления регулируемого усилителя 10 будет в канале, суммарный уровень помех в котором наименьший.
Таким образом, при возрастании сигнала на выходе какого-либо узкополосного фильтра 6 коэффициент усиления соответствующего регулируемого усилителя 10 будет уменьшаться, причем параметры регулируемого усилителя 10 подбираются таким образом, чтобы его коэффициент усиления уменьшался быстрее, чем растет напряжение на выходе соответствующего узкополосного фильтра 6. В этом случае наибольший сигнал будет на выходе канала с минимальным уровнем помех.
Сигналы с выходов каналов суммируются на сумматоре 2, и далее суммарный сигнал через безынерционный ограничитель 3 и широкополосный выходной фильтр 4 поступает на выход устройства.
Для избежания нелинейных искажений сигнала параметры устройства выбираются такими, чтобы при отсутствии импульсных помех сигнал находился на линейном участке ограничителей 3 и 11. Это требование выполняется в широком динамическом диапазоне уровней входных сигналов, так как устройство охвачено кольцом АРУ.
Предположим, что на вход широкополосного входного фильтра 1 поступает широкополосный полезный сигнал "белый шум", узкополосные и импульсные помехи.
Постоянная времени детектора 8 выбирается больше длительности импульсной помехи, поэтому коэффициент передачи блока усиления и преобразования входных сигналов 5, а также регулируемых усилителей 10 во время действия импульсной помехи не меняется. По этой причине импульсные помехи без ослабления поступают на вход каналов, в которых осуществляется их ограничение на ограничителях 11, а затем дополнительно с помощью ограничителя 3 на выходе сумматора 2.
Для эффективного подавления узкополосных помех в загруженных диапазонах волн (диапазоны KB, СВ и ДВ) рассмотренное устройство должно иметь большое число параллельных каналов (не менее 10). В то же самое время в реальных условиях на вход, сумматора поступают сигналы с выходов каналов, составляющих всего 10-20% от общего числа каналов. Остальные 80-90% каналов отключены и для выделения полезного сигнала из помех не используются. Таким образом, используются только 10-20% от общего числа каналов. Остальные 80-90% каналов отключены и для выделения полезного сигнала из помех не используются. Таким образом, только 10-20% каналов работает, а остальные 80-90% не используются для выделения полезного сигнала из помех. То обстоятельство, что большая часть каналов устройства не используется для выделения полезного сигнала из помех, является существенным недостатком прототипа.
Этот недостаток может быть устранен, если в частотных каналах, пораженных сосредоточенными по спектру помехами, отношение сигнал/помеха повысить введением нелинейной обработки.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности подавления сосредоточенных (узкополосных) по спектру помех. Эта цель достигается тем, что в каждый канал многоканального устройства подавления помех вводится детектор огибающей, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, схема выбора минимума, схема выбора максимума, пороговый элемент, схема сравнения, перемножитель, полосовой фильтр, фазовращатель, коммутатор.
На фиг.5 изображена блок-схема предложенного устройства, где введены следующие обозначения:
1 - широкополосный входной фильтр,
2 - сумматор,
3 - безынерционный ограничитель,
4 - широкополосный выходной фильтр,
5 - блок усиления и преобразования частоты,
6 - узкополосный фильтр,
7 - усилитель,
8 - амплитудный детектор,
9 - схема сравнения,
10 - регулируемый усилитель,
11 - ограничитель,
12 - фазовращатель,
13 и 16 - схемы выбора минимума,
14 - детектор огибающей,
15 - фильтр нижних частот,
17 - схема выбора максимума,
18 - пороговый элемент,
19 - фильтр верхних частот,
20 - перемножитель.
21 - полосовой фильтр,
22 - фазовращатель,
23 - коммутатор,
24 - схема сравнения.
Предлагаемое устройство содержит m параллельных каналов, одинаковых по построению. Входом устройства является вход широкополосного входного фильтра 1, выход которого через блок усиления и преобразования частоты 5 подключен к высокочастотным входам каналов. В каждом канале выход узкополосного фильтра 6 подключен ко входу усилителя 7, выход которого соединен с входами ограничителя 11 и детектора огибающей 14, выход которого через последовательно соединенные фильтр верхних частот 18, перемножитель 20, другой вход которого подключен к выходу ограничителя 11, полосовой фильтр 21 и фазовращатель 22 подключен ко входу коммутатора 23, другой вход которого подключен к выходу усилителя 7, а выход к входу регулируемого усилителя 10. Вход фильтра нижних частот 15 подключен к выходу детектора огибающей 14, а выход к входам схемы выбора минимума 16, порогового элемента 18 и схемы сравнения 24, выход которой подключен к управляющему входу коммутатора 23. Вход амплитудного детектора 8 подключен к выходу полосового фильтра 21, а выход к другим входам схемы сравнения 15 и схемы выбора минимума 11, выход которой через схему выбора максимума 17, другой вход которой соединен с выходом порогового элемента 18, соединен с соответствующим входом общей схемы выбора минимума 13, выход которой соединен с управляющим входом блока усиления и преобразования частоты 5 и вычитающими входами схем сравнения 9. Выход схемы сравнения 9 подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 10, выход которого через фазовращатель 12 подключен к последовательно соединенным сумматору, безынерционному ограничителю 3 и широкополосному выходному фильтру 4, выход которого является выходом устройства.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Предположим, что на вход широкополосного входного фильтра 1 поступает широкополосный полезный сигнал, "белый шум" и узкополосные (сосредоточенные) помехи.
Для облегчения последующих рассуждений сделаем важное замечание. В дальнейших расчетах мы не будем выделять "белый шум" (или точнее, гауссову составляющую помехи), так как подавить ее даже нелинейными методами невозможно (т.е. невозможно улучшить, если есть такая помеха, отношение сигнал/помеха в частотном канале). Так как спектр гауссовых помех полностью перекрывается со спектром полезного сигнала и их статистические характеристики в отдельных каналах практически совпадают, то для наших целей (подавление сосредоточенных негауссовых помех) имеет смысл в дальнейшем под "полезным" сигналом понимать смесь полезного сигнала и гауссовой помехи. А окончательное выделение полезного сигнала из гауссовой помехи будет производить коррелятор или согласованный фильтр. Таким образом, в дальнейшем под термином "полезный" сигнал мы будем понимать сумму полезного сигнала и гауссовой составляющей помехи и обозначать все это символом s(t) (как раньше обозначали только полезный сигнал).
В каждом канале автоматически происходит анализ помеховой обстановки. Если канал не поражен помехой, то в этом случае коммутатор 23, управляемый схемой сравнения 24, переключает выход усилителя 7 на вход регулируемого усилителя. Если же канал поражен сосредоточенной помехой, то в этом случае коммутатор 23 подключают на вход регулируемого усилителя 10 выход фазовращателя 22 (выход нелинейного канала). Физика работы тракта нелинейной обработки, состоящего из детектора огибающей 14, фильтра верхних частот 19, ограничителя 11 и перемножителя 20 при подаче на его вход полезного сигнала и амплитудно-частотно-модулированной помехи достаточно подробно описана ранее в материалах этой заявки (см. описание к фиг.3). Из анализа формулы (4) легко понять, что, так как мощность "полезного" сигнала на выходе перемножителя 20 (или перемножителя 4 на фиг.3) равна 
, где S - мощность "полезного" сигнала, U0 - фиксированный уровень ограничения, то уровень сигнала на выходе перемножителя 20 можно выставить любым при предварительной регулировке и, в частности, равным мощности ″полезного" сигнала в канале, не пораженным помехой. Кроме того, заметим, что уровень всегда присутствующего "комбинационного" шума третьего порядка (с частотой 2ωi-ωs) будет уменьшаться, если центральная частота помехи ωi не совпадает с центральной частотой канала, благодаря ее фильтрации в полосовом фильтре 21. И даже более того, если мощная сосредоточенная помеха оказывается на частоте соседнего канала и "пролазит" с достаточно большой мощностью в исследуемый нами сейчас канал (это часто происходит в реальных условиях), то в этом случае "комбинационный шум будет полностью отфильтрован, так как будет лежать вне "полосы прозрачности" полосового фильтра 21.
Таким образом, не усложняя дальнейшее рассуждение второстепенными деталями, будем утверждать, что при наличии сосредоточенной помехи или в данном канале, или в соседнем канале, но "пролазающим" в этот канал, на выходе полосового фильтра 21 будем иметь мощность "полезного" сигнала, равную мощности "полезного" сигнала в канале, не пораженным помехой. Фазовращатель 22 служит для компенсации фазового сдвига в инерционных цепях детектора огибающей 14, фильтра верхних частот 19 и полосового фильтра 21. При работе устройства по алгоритму, описанному ниже, к регулируемому усилителю 10 коммутатором 23 подключается или выход фазовращателя 22 (после нелинейной обработки), или выход усилителя 7 (без нелинейной обработки),
Предположим вначале для удобства анализа, что цепи детектор огибающей 14 - фильтр нижних частот 15 и цепи амплитудного детектора 8 (по существу включающего в себя детектор огибающей и фильтр нижних частот) идентичны и линейны. В отсутствие сосредоточенной помехи постоянное напряжение на выходах фильтра нижних частот 15 и фильтра нижних частот амплитудного детектора 8 будет определять только "полезным" сигналом и иметь уровень Uфнч 15 и Uфнч 18 соответственно (см. фиг.6). При появлении и возрастании уровня сосредоточенной помехи Uп напряжение на выходе фильтра нижних частот 15 будет возрастать по линейному закону (кривая 1). В это же время напряжение на выходе фильтра нижних частот амплитудного детектора 8 будет возрастать с меньшего уровня до уровня, равного уровню на выходе фильтра нижних частот 15, при отсутствии помехи (кривая 2). Так будет потому, что каналы отрегулированы (что уже отмечалось ранее) таким образом, что при наличии мощной помехи уровень "полезного" сигнала на входе амплитудного детектора 8 (выходе полосового фильтра 21) будет приблизительно равен уровню "полезного" сигнала на входе детектора огибающей 14, если помехи нет. Отметим также, что кривые 1 и 2 изображают примерный вид характера изменения напряжений на выходах фильтра нижних частот 15 и амплитудного детектора 8.
Из анализа кривых 1 и 2 ясно, что выбор линейного или нелинейного подканала следует строить следующим образом. При регулировке необходимо уменьшить коэффициент передачи фильтра нижних частот 15, чтобы характеристика передачи цепи детектор огибающей 14 - фильтр нижних частот 15 (фиг.6) опустилась вниз и выражалась кривой 1'. Схема сравнения 24 выбирает тот подканал (линейный или нелинейный), в котором минимален уровень напряжения на выходах соответствующих фильтра нижних частот 15 и амплитудного детектора 8. Действительно, если уровень помехи не очень большой (Uп<Uпо), то схема нелинейной обработки выигрыша не дает и подканал с нелинейной обработкой использовать нельзя. В этом случае кривая 1' лежит ниже кривой 2, схема сравнения 24 сформирует управляющий сигнал на коммутатор 23, который подключит к регулируемому усилителю 10 выход усилителя 7 (линейный подканал). Если же уровень помехи достаточно большой (Uп>Uпо), то схема нелинейной обработки выигрыш уже дает и подканал с нелинейной обработкой уже использовать необходимо. В этом случае кривая 2 лежит ниже кривой 1', схема сравнения 24 сформирует управляющий сигнал на коммутатор 23, который подключит к регулируемому усилителю 10 выход фазовращателя 22, (нелинейный подканал).
Схема регулировки усиления АРУ и регулировки усиления регулируемого усилителя 10 по существу не отличается от прототипа. С выходов фильтра нижних частот 15 и амплитудного детектора 8 напряжения поступают на схему выбора минимума 16. Напряжение с выхода схемы выбора минимума 16 через схему выбора максимума 17 поступает на схему выбора минимума 13. Схема выбора максимума 17 позволяет исключить канал, пораженный очень мощной сосредоточенной помехой (уровень которой выходит за линейный режим работы усилителя 7), так как ее наличие может привести к ограничению смеси "полезного" сигнала и помехи в усилителе 7 и сигнал с разностной частотой "полезного" сигнала и помехи (управляющий сигнал на выходе фильтра верхних частот 19) станет равным нулю. Поэтому сигнал на выходе перемножителя 20 тоже будет равным нулю. Из-за этого сигнал с выхода амплитудного детектора 8, поступающий на схему выбора минимума 16 и схему сравнения 24, станет нулевым. Он и будет выбран схемой выбора минимума 13, если в устройстве будет отсутствовать схема выбора максимума 17. В результате устройство будет зарегулировано в нерабочее состояние. Чтобы избежать этого, с помощью порогового элемента 18 добиваются того, чтобы выход схемы выбора минимума 16 не участвовал в дальнейшем выборе. В этом случае пороговый элемент 18, имея до появления очень мощной помехи нулевой уровень на своем выходе, вырабатывает высокое напряжение, заведомо превышающее напряжения, формируемые на выходе схем выбора минимума 16 каждого из каналов устройства. Этот пороговый элемент 18 срабатывает от определенного напряжения, формируемого на выходе фильтра нижних частот 15, порог срабатывания которого выбирается таким, когда еще не наступает ограничение в канале при появлении очень мощной сосредоточенной помехи.
Схема выбора минимума 13 выбирает минимальное напряжение из напряжений на выходах схем выбора максимума 17. Это напряжение используется в качестве напряжения АРУ, а также поступает на вычитающие входа схем сравнения 9, в которых это напряжение вычитается из напряжений, поступающих с выходов схем выбора максимума 17. Коэффициенты усиления регулируемых усилителей 10 уменьшаются с ростом напряжений на выходах схем сравнений 9. По этой причине наибольший коэффициент усиления регулируемого усилителя 10 будет в том канале, в котором суммарный уровень полезного сигнала и гауссовых помех наименьший. При этом наличие сосредоточенной помехи в канале приведет только к переключению на подканал с нелинейной обработкой по алгоритму, описанному выше. А оптимальное взвешивание между частотными каналами будет происходить по степени неравномерности гауссовых составляющих, присутствующих во входной смеси полезного сигнала и помех. В этом случае при возрастании полезного сигнала и гауссовой помехи на выходе полосового фильтра 6 коэффициент усиления соответствующего регулируемого усилителя 10 будет уменьшаться, причем параметры регулируемого усилителя 10 подбираются таким образом, чтобы его коэффициент усиления уменьшался быстрее, чем растет напряжение гауссовых составляющих помехи на выходе соответствующего фильтра 6. Поэтому наибольший сигнал будет на выходе канала с минимальным уровнем гауссовых помех (сосредоточенные помехи в подканале с нелинейной обработкой давятся). Сигналы с выходов каналов суммируются на сумматоре 2 и далее суммарный сигнал через безынерционный ограничитель 3 и широкополосный выходной фильтр 4 поступает на выход устройства.
При воздействии и импульсных помех предлагаемое устройство работает так же, как и устройство-прототип. Постоянная времени фильтра нижних частот 15 и фильтра нижних частот амплитудного детектора 8 выбирается больше длительности импульсной помехи, поэтому коэффициент передачи блока усиления и преобразования входных сигналов 5, а также регулируемых усилителей 10 во время действия импульсной помехи не изменяется. По этой причине импульсные помехи поступают без ослабления на входы сумматора 2, а затем ограничиваются на ограничителе 3.
Из более тщательного анализа работы предлагаемого устройства следует, что если в один частотный канал попадает только одна сосредоточенная помеха (или непосредственно в данный канал, или за счет "пролаза" по соседнему каналу из-за конечной избирательности узкополосного фильтра), то она эффективно давится. При этом полезный сигнал в данном канале не теряется. В реальных условиях некоторые каналы могут быть поражены не только одиночной помехой. В этом случае в каждом из этих частотных каналов будет подавлена наиболее мощная помеха, а остальные помехи этого канала будут участвовать в дальнейшем суммировании в сумматоре 2 с учетом "оптимального" взвешивания между всеми каналами. То есть, в предлагаемом устройстве в каждом частотном канале происходит подавление или одиночной сосредоточенной помехи, или наиболее мощной, если помех несколько. Однако даже в наиболее сложной помеховой обстановке (например, в диапазонах ДВ и УКВ) в блоках защиты, которые реализованы в соответствии с устройством-прототипом и содержат от 20 до 30 частотных каналов, не менее половины каналов, пораженных помехами, поражены одиночными сосредоточенными (узкополосными) помехами. Поэтому, если в устройстве-прототипе будет отключено 80-90% каналов, то в предлагаемом устройстве только 40-45%. В остальных 40-45% каналов будут подавлены наиболее мощные помехи. В этом случае энергетический выигрыш в отношении сигнал/помеха по сравнению с устройством-прототипом составит 5-7 дБ. Аналогично в тех случаях, когда в устройстве-прототипе поражены все 100% частотных каналов и прием информации в приемнике (на входе которого стоит блок защиты) невозможен, в предлагаемом устройстве наиболее вероятно помехами будет отключено не более 50% частотных каналов и потери информации в приемнике не будет.
Введение новых элементов в каналах выгодно отличает предлагаемое изобретение от прототипа, так как позволяет повысить помехозащищенность от сосредоточенных помех. Если в устройстве-прототипе в сложной реальной помеховой обстановке сосредоточенными помехами может быть отключено 80-90% частотных каналов, то в предлагаемом устройстве не более 40-45%. В этом случае энергетический выигрыш в отношении сигнал/помеха по сравнению с устройством-прототипом составит 5-7 дБ. Если же в устройстве-прототипе все частотные каналы поражены мощными сосредоточенными помехами и прием информации в приемнике невозможен, то в предлагаемом устройстве будет отключено не более половины каналов и потери информации в приемнике не будет.
В качестве базового объекта рассмотрим многоканальное устройство подавления помех, которое внедрено и в настоящее время выпускается отечественной промышленностью. Это устройство, как и предлагаемое устройство, содержит последовательно соединенные широкополосный входной фильтр, блок усиления и преобразования, m - параллельных каналов, сумматор, безынерционный ограничитель и широкополосный выходной фильтр. Каналы устройства выполнены таким образом, что при попадании сосредоточенной помехи в полосу пропускания канала происходит его отключение от сумматора. Таким образом, устройство, выбранное в качестве базового объекта, осуществляет метод режекции участков спектра широкополосного сигнала, пораженных сосредоточенными помехами. Известно (см. А.Н.Иощенко "Исследование методов борьбы с сосредоточенными помехами", канд. диссертация, Новосибирск, 1970 г.), что метод режекции уступает методу интерполяции в эффективности подавления помех. Таким образом, устройство, выбранное в качестве базового объекта, уступает в эффективности подавления сосредоточенных (узкополосных) помех устройству-прототипу, и, следовательно, заявляемому устройству.
Это устройство имеет другие недостатки. В устройстве возможно возникновение внутренних импульсных помех, когда узкополосная помеха в одном из каналов имеет амплитудную модуляцию и оказывается соизмеримой с порогом отключения.
В каналах устройства отсутствуют фазовращатели. Это приводит к существенным фазовым искажениям полезного сигнала. Кроме того, в каналах устройства отсутствуют усилители, поэтому его чувствительность оказывается низкой.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ УЗКОПОЛОСНЫХ ПОМЕХ | 1988 |
|
SU1840158A1 |
| МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА ИЗ ПОМЕХ | 1986 |
|
SU1840240A2 |
| СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2007 |
|
RU2352063C1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ГЛАСНЫХ ЗВУКОВ РЕЧИ ИЗ ШУМОПОДОБНЫХ ЗВУКОВ ПИЩЕВОДНОГО ГОЛОСА | 2005 |
|
RU2320025C2 |
| СПОСОБ ПРИЕМА ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (ВАРИАНТЫ) | 1996 |
|
RU2118053C1 |
| МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСИТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА ИЗ ПОМЕХ | 1981 |
|
SU1840502A1 |
| АППАРАТУРА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ, УСТОЙЧИВАЯ К ВОЗДЕЙСТВИЮ МОЩНОЙ ЧМ ПОМЕХИ | 2001 |
|
RU2205506C1 |
| ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТЫ | 1999 |
|
RU2164726C2 |
| КОМПЕНСАТОР ШУМОВОЙ ПОМЕХИ | 1998 |
|
RU2137297C1 |
| ЛИНИЯ РАДИОСВЯЗИ С ПРОСТРАНСТВЕННОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ | 1999 |
|
RU2152132C1 |
Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано при приеме широкополосных сигналов на фоне узкополосных сигналов и импульсных помех. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости. Устройство содержит последовательно включенные узкополосный фильтр, вход которого является сигнальным входом канала, усилитель, ограничитель, регулируемый усилитель, фазовращатель, выход которого является сигнальным выходом канала, а также детектор огибающей, фильтр нижних частот и пороговый блок. Управляющий вход регулируемого усилителя соединен с выходом компаратора. Его два входа соединены соответственно со входом автоматической регулировки усиления канала и входом оценки качества сигнала. Согласно изобретению введены перемножитель, другой вход которого через фильтр верхних частот подключен к выходу детектора огибающей, полосовой фильтр, дополнительный фазовращатель и коммутатор, сигнальный вход которого подкючен к выходу усилителя, а также амплитудный детектор и блок сравнения, другой вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот. Перемножитель, полосовой фильтр верхних частот, полосовой фильтр, дополнительный фазовращатель и коммутатор последовательно включены между выходом ограничителя и входом регулируемого усилителя. Амплитудный детектор и блок сравнения последовательно включены между выходом полосового фильтра и управляющим входом коммутатора. Блоки выбора минимального и максимального уровней последовательно включены между выходом фильтра нижних частот и выходом оценки качества сигнала, а их другие входы соединены соответственно с выходом амплитудного детектора и выходом порогового блока. 6 ил.
Канал многоканального устройства для выделения широкополосного сигнала из помех, содержащий последовательно включенные узкополосный фильтр, вход которого является сигнальным входом канала, усилитель, ограничитель, регулируемый усилитель, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, два входа которого соединены соответственно со входом автоматической регулировки усиления канала и выходом оценки качестве сигнала, и фазовращатель, выход которого является сигнальным выходом канала, а также детектор огибающей, вход которого соединен с выходом усилителя, фильтр нижних частот и пороговый блок, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены перемножитель, другой вход которого через фильтр верхних частот подключен к выходу детектора огибающей, полосовой фильтр, дополнительный фазовращатель и коммутатор, другой сигнальный вход которого подключен к выходу усилителя, последовательно включенные между выходом ограничителя и входом регулируемого усилителя, а также амплитудный детектор и блок сравнения, другой вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, последовательно включенные между выходом полосового фильтра и управляющим входом коммутатора, блоки выбора минимального и максимального уровней, последовательно включенные между выходом фильтра нижних частот и выходом оценки качества сигнала, причем другие входы блоков выбора минимального и максимального уровней соединены соответственно с выходом амплитудного детектора и выходом порогового блока.
