УСТРОЙСТВО ВЫДЕЛЕНИЯ ШУМОПОДОБНОГО СИГНАЛА Советский патент 2007 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано преимущественно в радиотехнических системах с шумоподобными сигналами.

Известные устройства выделения шумоподобных сигналов описаны в книге Тузова Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. М.: Сов. радио, 1977 г., а также в а.с. №720730 устройство для режекции узкополосных помех; патенты США №3441861, 3112452 и ряде других работ.

Обобщенный анализ устройств выделения шумоподобных сигналов при воздействии сосредоточенных по спектру помех дан в книге Тузова Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. М.: Сов. радио, 1977 г.

Описанные в указанной литературе устройства основаны на многоканальной фильтрации сосредоточенных по спектру помех. В настоящее время имеется много заявок, и суть построения этих устройств сводится к тому, что в них ставят n объединенных по входу частотно-избирательных каналов с узкополосными фильтрами, у которых полоса пропускания ΔF равна

,

где Δf - полоса входного шумоподобного сигнала.

В каждом канале ставят устройства, работающие либо в режиме ограничения входной смеси, либо в режиме ключа. При этом канал открыт при малых помехах и закрыт при больших. При полностью закрытом канале осуществляется режекция участка спектра, пораженного помехой.

Кроме метода режекции участка спектра можно применить компенсационный метод и оптимальный выравниватель.

Однако описанные выше методы имеют следующие основные недостатки.

1. Многоканальность, поэтому практически трудно реализовать одинаковой стабильность всех каналов. За счет этого получается проигрыш в помехозащищенности на 1-2 дБ.

2. Практически трудно получить равномерную фазовую характеристику в полосе пропускания входного шумоподобного сигнала при всех дестабилизирующих факторах, а именно при изменении температуры окружающей среды, источников питания и т.д.

3. Время анализа в частотно-избирательных каналах соизмеримо со временем действия помех, т.е. помехозащищенность для кратковременных помех.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство защиты приемника широкополосных сигналов от помех.

Блок-схема устройства (прототипа) приведена на фиг.1, для которой введены следующие обозначения:

1 - входной широкополосный фильтр,

2 - регулятор коэффициента передачи,

3 - узкополосные канальные фильтры,

4 - канальные ограничители,

5 - ключ каналов,

6 - сумматор,

7 - общий ограничитель,

8 - широкополосный фильтр,

9 - линия задержки,

10-15 - переключатели,

16, 17 - дискретно аналоговые регистры,

18 - схема объединения,

19 - смеситель,

20 - управляемый генератор,

21 - полосовой фильтр,

22 - схема управления,

23 - пороговое устройство,

24 - формирователь порога,

25 - запоминающее устройство,

26 - устройство памяти.

Для облегчения понимания физической сути работы прототипа, а также учитывая, что некоторые функциональные узлы выполняют аналогичные операции, укрупним блок-схему прототипа.

1. Линия задержки 9, узкополосные канальные фильтры 3, канальные ограничители 4, ключи каналов 5, сумматор 6, запоминающее устройство 25, устройство памяти 26 выполняют функции предварительной задержки и ограничения входной смеси, а также выключение и включение линеек. Поэтому указанное соединение функциональных узлов объединим в блок многоканального исполнительного устройства.

2. Дискретно-аналоговые регистры 16, 17, переключатели 10-15, схема управления 22 выполняют функции записи и считывания сигнала с необходимым управлением. Поэтому вышеуказанное соединение объединим в блок записи и считывания сигнала с управлением.

На фиг.2 приведена укрупненная блок-схема прототипа, для которой введены следующие обозначения:

1 - входной широкополосный фильтр,

2 - регулятор коэффициента передачи,

3 - блок многоканального исполнительного устройства,

4 - общий ограничитель,

5 - широкополосный фильтр,

6 - блок записи и считывания сигнала с управлением,

7 - схема объединения,

8 - смеситель,

9 - управляемый генератор,

10 - полосовой фильтр,

11 - пороговое устройство,

12 - формирователь порога.

Прототип имеет следующие функциональные связи. Вход устройства соединен со входным широкополосным фильтром 1, а его выход соединен с сигнальным входом регулятора коэффициента передачи 2, выход которого соединяется с блоком записи и считывания сигнала с управлением 6 и с первым входом блока многоканального исполнительного устройства 6, выходы которого соединяются со входами регулятора коэффициента передачи 2, а сигнальный выход многоканального исполнительного устройства 6 - со входом широкополосного фильтра 5 через общий ограничитель 4, два выхода блока записи и считывания сигнала с управлением 6 соединены с соответствующими входами схемы объединения 7, выход которой соединен с одним из входов смесителя 8, а его выход соединен с входами порогового устройства 11 и формирователя порога 12 через полосовой фильтр 10, выход формирователя порога 12 соединен со вторым входом порогового устройства 11, выход которого соединен со вторым входом блока многоканального исполнительного устройства 3, другой вход которого соединен с выходом блока записи и считывания сигнала с управлением 6, один из выходов которого соединен с входом управляющего генератора 9, выход которого соединен со вторым входом смесителя 8.

Устройство (прототип) работает следующим образом. Шумоподобный сигнал через входной широкополосный фильтр 1, регулятор коэффициента передачи 2 поступает на блок многоканального исполнительного устройства 3 и одновременно на блок записи и считывания сигнала с управлением 6. Выходной сигнал многоканального исполнительного устройства 3 образуется суммированием выходных сигналов, линеек, входящих в это устройство. При воздействии узкополосных помех происходит их режекция в соответствующих линейках блока многоканального исполнительного устройства 3. Управление режекцией происходит по командам с блока записи и считывания сигналов с управлением 6 в соответствии с сигналами порогового устройства 11.

В блоке записи и считывания сигнала с управлением 6 осуществляется запись смеси сигнала и сосредоточенных помех в дискретно-аналоговой форме с выборками соответственно с тактовой частотой, определяемой теоремой Котельникова. Одновременно с началом записи новой реализации блок записи и считывания сигналов с управлением 6 начинает считывать записанный ранее сигнал с частотой в N раз выше, чем та, которая поступала при записи сигнала. При этом N выбирается равным числу линеек в блоке многоканального исполнительного устройства 3. За время считывания Т блок записи и считывания информации выдает в схему объединения 7 N циркуляций при длительности каждого цикла . Циркулирующая информация, поступающая на разные входы схемы объединения 7, разнесена на время одного цикла запись-считывание сигналов в блок 6. С выхода схемы объединения 7 циркулирующая информация поступает на вход смесителя 8, на другой вход которого поступает сигнал с управляемого генератора 9, управление осуществляется по сигналу, поступающему из блока записи и считывания сигнала с управлением 6.

Сигнал с выхода смесителя 8 через полосовой фильтр 10 поступает на вход порогового устройства 11 и на вход формирователя порога 12. Если сигнал, поступающий на пороговое устройство, превышает порог, то импульсы с выхода порогового устройства запоминаются в блоке многоканального исполнительного устройства 3, и в нем происходит выключение и включение линеек по командам с блока записи и считывания сигнала с управлением 6. За время Т производится спектральный анализ записанного входного сигнала с эквивалентной полосой Δf в N точках анализа, где Δf - полоса узкополосного канального фильтра линейки блока многоканального исполнительного устройства.

После этого вновь записанная информация блоком записи и считывания сигнала с управлением 6 начнет анализироваться и одновременно записывается в блок 6 новая реализация.

В этом устройстве (прототипе) анализ узкополосных по спектру помех производится по одноканальной схеме, а их подавление - по многоканальной. Это приводит к сложности и неточности работы из-за разброса параметров отдельных фильтров, поддержанием постоянства коэффициента передачи каналов, а также нечетной работы ввиду дискретности выключаемых полос смеси сигналов и помех. Например, попадание помехи на границу двух соседних фильтров может выключить оба канала или наоборот не выключить.

Нами предлагается устройство, свободное от вышеуказанных недостатков, позволяющее повысить помехозащищенность.

Блок-схема предлагаемого устройства приведена на фиг.3, для которой введены следующие обозначения:

1 - входной широкополосный фильтр,

2 - регулятор коэффициента передачи,

3 - регулируемый усилитель,

4 - ограничитель,

5 - широкополосный фильтр,

6 - линия задержки,

7 - схема объединения,

8 - смеситель,

9 - генератор,

10 - полосовой фильтр,

11 - пороговое устройство,

12 - формирователь порога,

13 - блок стабилизации коэффициента передачи.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи. Вход устройства через входной широкополосный фильтр 1 соединен с сигнальным входом регулятора коэффициента передачи 2, выход-которого соединен с вторым входом регулятора коэффициента передачи 2, с входом блока стабилизации коэффициента передачи 13 и с первым входом схемы объединения 7, второй вход которой соединен с выходом линии задержки 6, а выход схемы объединения 7 соединен через первый вход смесителя 8, на второй вход которого подается сигнал с генератора 9, с полосовым фильтром 9, выход которого соединен с первым входом регулируемого усилителя 3, вторым входом блока стабилизации коэффициента передачи 13, с первым входом порогового устройства 11 и с входом формирователя порога 12, выход которого соединен со вторым входом порогового устройства 11, выход которого соединен с широкополосным фильтром 5 через ограничитель 4, выход регулируемого усилителя 3 соединен с входом линии задержки 6 и с выходом блока стабилизации коэффициента передачи.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Шумоподобный сигнал через входной широкополосный фильтр 1 поступает на регулятор коэффициента передачи 2, предназначенный для установки уровней выходных сигналов в пределах, определяемых линейным участкам работы частотно-временного преобразователя, состоящего из схемы объединения 7, однополосного смесителя с двойным преобразованием частоты, в состав которого входят смеситель 8 и генератор 9 полосового фильтра 9, регулируемого усилителя 3, линии задержки 6 и блока стабилизации коэффициента передачи 13. С выхода регулятора коэффициента передачи 2 входной сигнал через схему объединения 7 поступает на смеситель 8. Смеситель 8 и генератор 9 представляют собой однополосный смеситель с двойным преобразованием частоты. Входной шумоподобный сигнал сначала смешивается с частотой f₂, где f₂ - частота гетеродина.

Выделенная разностная частота вновь смешивается с частотой опорного сигнала f_оп, равного f_оп=f₂+ΔF,

где ΔF - частота сдвига, равная полосе частот входного шумоподобного сигнала. На выходе полосового фильтра 10 выделяется сигнал частоты входного шумоподобного сигнала, сдвинутого на величину ΔF, который через регулируемый усилитель 3 поступает на линию задержки 6, которая используется в качестве основного элемента памяти. Параметры линии задержки выбираются из соотношения

, где

τ_лз - время задержки линии 6.

С выхода линии задержки 6 сигнал поступает на схему объединения 7, где складывается с входным сигналом. Таким образом сигнал получает приращение частоты ΔF, и на выходе схемы объединения 7 образуется сумма 2-х сигналов, и в результате амплитуда узкополосной помехи увеличивается в два раза в определенный момент времени за счет когерентного сложения. Через время τ_лз суммарный сигнал снова получает приращение ΔF и складывается со входным сигналом и в результате описанных выше преобразований амплитуда узкополосной помехи увеличивается в три раза и т.д. Таким образом происходит выделение узкополосной помехи на фоне других сигналов. Спектр сигнала на выходе частотно-временного преобразователя после циркуляций расширяется в N раз. Поэтому полоса пропускания полосового фильтра 9 и линии задержки 6 должна выбираться из соотношения

Δf=NΔF,

где N - число циклов накопления.

Двойное преобразование частоты необходимо для обеспечения когерентного накопления при малых отношениях ΔF к величине несущей частоты.

Для входного шумоподобного сигнала указанные выше преобразования оставят форму сигнала прежней, в то же время узкополосные по спектру помехи будут преобразовываться в импульсные.

Регулируемый усилитель 3 совместно с блоком стабилизации коэффициента передачи 13 предназначены для исключения влияния нестабильности на процесс накопления.

С выхода полосового фильтра 9 сигнал поступает на пороговое устройство 11 и формирователь порога 12.

В формирователе порога 12 в моменты превышения входным уровнем порогового напряжения, которое выставляется по эффективному значению шумоподобного сигнала, вырабатываются бланкирующие импульсы, поступающие на другой вход порогового устройства 11, состояние которого может изменяться в соответствии с помеховой обстановкой. При наличии узкополосных по спектру помех, превышающих уровень порога в формирователе порога 12, пороговое устройство 11 закрывается на время длительности бланкирующего импульса.

Таким образом осуществляется режекция участков спектра пораженного помехами. С выхода порогового устройства 11 сигнал поступает на ограничитель выбросов, которые могут возникнуть в результате преобразований, а далее сигнал поступает на широкополосный фильтр 5 с полосой пропускания, равной ΔF, для фильтрации побочных частотных составляющих.

Сравнение с прототипом показывает, что устройство не содержит узкополосных канальных фильтров с множеством цепей управления. Это дает два положительных эффекта.

1. Устранение многоканальности, т.е. потерь помехоустойчивости за счет неконтролируемых разбросов параметров отдельных каналов.

2. Упрощение аппаратуры.

Изобретение относится к радиосвязи. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и упрощении аппаратуры. Устройство содержит последовательно соединенные входной широкополосный фильтр, регулятор коэффициента передачи, блок многоканального исполнительного устройства, общий ограничитель, широкополосный фильтр, блок записи и считывания сигналов с управлением, схему совпадения, смеситель, управляемый генератор, полосовой фильтр, пороговое устройство, формирователь порога. Согласно изобретению введены регулируемый усилитель и блок стабилизации коэффициента передачи. Входной широкополосный фильтр соединен с сигнальным входом регулятора коэффициента передачи, выход которого соединен с вторым входом регулятора коэффициента передачи, с входом блока стабилизации коэффициента передачи и с первым входом схемы объединения. Второй вход схемы объединения соединен с выходом линии задержки, а выход - через первый вход смесителя, на второй вход которого подается сигнал с генератора, с полосовым фильтром. Его выход соединен с первым входом регулируемого усилителя, вторым входом блока стабилизации коэффициента передачи, с первым входом порогового устройства и с входом формирователя порога. Его выход соединен с вторым входом порогового устройства, выход которого соединен с широкополосным фильтром через ограничитель. Выход регулируемого усилителя соединен с входом линии задержки и с выходом блока стабилизации коэффициента передачи. 3 ил.

Устройство выделения шумоподобного сигнала, содержащее последовательно соединенные входной широкополосный фильтр и регулируемый аттенюатор, управляющий вход которого соединен с его выходом, последовательно соединенные элемент задержки и схему объединения, последовательно соединенные генератор, смеситель, полосовой фильтр, выход которого соединен со входами порогового устройства и формирователя порога, выход которого соединен со вторым входом порогового устройства, а также последовательно включенные ограничитель и выходной широкополосный фильтр, отличающееся тем, что, с целью улучшения подавления узкополосных помех и упрощения устройства введены последовательно соединенные блок сравнения и регулируемый усилитель, второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра, и одним входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом регулируемого аттенюатора и вторым входом схемы объединения, выход которой соединен с вторым входом смесителя, причем выход регулируемого усилителя соединен со входом элемента задержки, а выход порогового устройства - с входом ограничителя.