МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АВТОКОМПЕНСАТОР Советский патент 2015 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации. Оно может быть использовано в радиолокационных приемниках для защиты от помех.

Известен компенсатор боковых лепестков (1), содержащий основной канал, устройство вычитания и компенсационный канал, содержащий перемножители, полосовые фильтры, генератор, квадратурный модулятор, состоящий из 90° фазорасщепителя и двух модуляторов и квадратурный коррелятор, состоящий из 90° фазорасщепителя, двух перемножителей и двух фильтров низкой частоты.

В вычитающем устройстве известного компенсатора происходит вычитание помех основного и компенсационного каналов путем управления комплексными характеристиками компенсационного канала при помощи квадратурного коррелятора.

Недостатком известного компенсатора является слабое подавление широкополосных помех, возникающее из-за неидентичности каналов компенсатора и искажения амплитудно- и фазочастотного спектра помех. Кроме того, известный компенсатор не может подавлять несколько помех, действующих одновременно с различных направлений, все это приводит и уменьшению соотношения сигнал/помеха или полному нарушению работы РЛС в условиях активных шумовых помех.

Из известных автокомпенсаторов наиболее близким к заявленному устройству является многоканальный автокомпенсатор, выбранный в качестве прототипа. Многоканальный автокомпенсатор содержит основной канал, сумматор, фазовращатель, аттенюатор и n компенсационных каналов, состоящих из множителей, сумматоров и корреляторов.

В таком устройстве возможно подавление нескольких помех, не превышающих по количеству n. Однако известный автокомпенсатор также имеет недостаток: слабое подавление широкополосных помех вследствие неидентичности амплитудно- и фазочастотных характеристик каналов РЛС. Так, при реальных погрешностях трактов в полосе частот - неравномерности амплитудно-частотных характеристик до 15%, фазочастотных характеристик до 20°, задержке между каналами до 20 нс, - подавление не может превышать 16 дБ.

Таким образом, недостатком известных автокомпенсаторов является малое подавление широкополосных помех.

Целью предполагаемого изобретения является увеличение подавления помех.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальном автокомпенсаторе, содержащем сумматор, подключенный к его входу основной канал и n компенсационных каналов, каждый из которых содержит квадратурный модулятор, вход которого соединен с входом компенсационного канала, а выход - с одним из входов сумматора и квадратурный коррелятор, первый и второй входы которого подключены соответственно к входу квадратурного модулятора и выходу сумматора, а выходы - к управляющим входам квадратурного модулятора, в каждый компенсационный канал введены дифференцирующее, интегрирующее и суммирующее устройства, дополнительные квадратурный модулятор и квадратурный коррелятор, причем входы дифференцирующего и интегрирующего устройств подключены ко входу компенсационного канала, а их выходы подключены ко входам суммирующего устройства, вход дополнительного квадратурного модулятора соединен с выходом суммирующего устройства, а выход подключен к сумматору, первый и второй входы дополнительного квадратурного коррелятора подключены соответственно ко входу дополнительного квадратурного модулятора и выходу сумматора, а выходы - к управляющим входам дополнительного квадратурного модулятора.

Введенные дифференцирующее и интегрирующее устройства предназначены для обеспечения фазовых сдвигов фазочастотных и противоположных наклонов амплитудно-частотных характеристик.

Подключение дифференцирующих и интегрирующих устройств к входам компенсационных каналов и входам суммирующих устройств обеспечивает комплексную частотно-зависимую обработку входных помех каждого из компенсационных каналов.

Дополнительные квадратурные модуляторы и квадратурные корреляторы с цепями связи предназначены для автоматического регулирования комплексных характеристик предварительно обработанных помех в каждом компенсационном канале.

В своей совокупности все узлы предлагаемого многоканального автокомпенсатора обеспечивают увеличение подавления n различных помех во всей полосе частот, в том числе, при наличии амплитудно- и фазочастотных искажений в трактах.

Совокупность отличительных признаков, предложенных в данном изобретении, авторам не известна.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Многоканальный автокомпенсатор содержит сумматор 1, основной канал 2, n компенсационных каналов 3₁…3_n, каждый из которых включает в себя квадратурный модулятор 4, квадратурный коррелятор 5, дифференцирующее 6, интегрирующее 7 и суммирующее 8 устройства, дополнительные квадратурный модулятор 9 и квадратурный коррелятор 10.

Квадратурный модулятор 4 может быть наполнен известным образом (1) из квадратурного расщепителя, двух управляемых модуляторов и сумматора.

Квадратурный коррелятор 5 может быть выполнен известным образом (1) из квадратурного расщепителя, двух корреляционных перемножителей и двух фильтров низкой частоты.

Дополнительные квадратурный модулятор 9 и квадратурный коррелятор 10 могут быть аналогичными соответственно квадратурному модулятору 4 и квадратурному коррелятору 5.

Предлагаемый многоканальный автокомпенсатор работает следующим образом.

На вход основного канала 2 поступают полезные сигналы и помехи, а на входы каждого из компенсационных каналов 3₁…3_n - преимущественно помехи.

Комплексные коэффициенты передачи квадратурных модуляторов 4 в каждом из компенсационных каналов 3₁…3_n регулируются таким образом, что в сумматоре 1 происходит вычитание коррелированных помех основного 2 и компенсационных 3₁…3_n каналов. Такое управление модуляторами 4 осуществляется управляющими напряжениями с выходов корреляторов 5. Сигналом ошибки для получения управляющих напряжений являются остатки помех на выходе сумматора 1, а опорными напряжениями - входные помехи компенсационных каналов 3₁…3_n.

Вследствие неидентичности амплитудно- и фазочастотных характеристик основного 2 и компенсационных 3₁…3_n каналов, полное вычитание помех в широкой полосе при работе только модуляторов 4 не происходит, и на выходе сумматора 1 образуется нескомпенсированный остаток помех.

Дифференцирующее 6, интегрирующее 7 и суммирующее 8 устройства осуществляют частотно-пропорциональное ослабление центральных и подчеркивание крайних составляющих амплитудного спектра, помех компенсационных каналов 3₁…3_n и сдвиг на ±π/2 их фазового спектра на центральной частоте. Преобразованный таким образом спектр соответствует по форме и фазовой структуре нескомпенсированному модуляторами 4 остатку помех.

Комплексный коэффициент передачи дополнительного модулятора 9 в каждом из каналов 3₁…3_n регулируется таким образом, что в сумматоре 1 происходит дополнительная компенсация указанных остатков помехами с преобразованным спектром. Управление дополнительными модуляторами 9 осуществляется при помощи дополнительных корреляторов 10.

Таким образом, в каждом из n компенсационных каналов 3₁…3_n многоканального автокомпенсатора происходит компенсация (вычитание) помех - в целом при помощи квадратурных модуляторов 4, а их остатков, образовавшихся вследствие неидентичности каналов, - при помощи дополнительных квадратурных модуляторов 9, управляемых соответствующими квадратурными корреляторами 5 и 10.

Дополнительно проиллюстрируем процесс компенсации помех в предлагаемом устройстве.

Пусть на вход одного из компенсационных каналов 3 поступает помеха со спектром $${\dot{S}}_K$$ , а на вход основного канала 2 - помеха от того же источника с амплитудными и фазовыми искажениями:

$${\dot{S}}_0=S_{K}A[1+\alpha (\omega -{\omega }_0)]e^{j[\varphi +\Delta t(\omega -{\omega }_0)]}\text{, (1)}$$

где Δt - задержка между каналами.

Коэффициент передачи квадратурного модулятора 4 (устанавливается при помощи коррелятора 5):

$${\dot{K}}_M=A{e}^{j(\varphi -\pi )}\text{ (2)}$$

Спектр помехи на выходе квадратурного модулятора 4:

$${\dot{S}}_M={\dot{S}}_{K}A{e}^{j(\varphi -\pi )}\text{ (3) }$$

Складываясь в сумматоре 1, помехи (1) и (3) дают на его выходе нескомпенсированный остаток:

$${\dot{S}}_{вых}\cong {\dot{S}}_{K}A\sqrt{{\alpha }^2+\Delta t^2}(\omega -{\omega }_0)e^{j(\varphi +arctg\raisebox{1ex}{$\Delta t$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\alpha $}\right.)}\text{ (4)}$$

Так как взаимокорреляционная функция этого остатка (4) и помех на входах компенсационных каналов 3 равна нулю, то дальнейшее уменьшение остатка (4) путем дополнительного регулирования квадратурного модулятора 4 либо подключение остальных компенсационных каналов 3 - невозможно.

Спектр помехи на выходе суммирующего устройства 8:

$${\dot{S}}_{\sum }={\dot{S}}_K\left(j\omega T+\frac{1}{j\omega T}\right)\cong j{\dot{S}}_{K}2T(\omega -{\omega }_0)\text{ (5)}$$

Спектр помехи, прошедшей через дополнительный квадратурный модулятор 9 с коэффициентом передачи K_ДМ и фазовым сдвигом φ_ДМ

$${\dot{S}}_{ДМ}={\dot{S}}_{K}2K_{ДМ}T(\omega -{\omega }_0)e^{j({\varphi }_{дм}+\raisebox{1ex}{$\pi $}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.)}\text{ (6)}$$

полностью соответствует по амплитудной и фазовой структуре остатку помех (4). Это обеспечивает полную компенсацию помех на выходе сумматора 1. При этом коэффициент передачи и фазовый сдвиг дополнительного модулятора 9 автоматически установится при помощи дополнительного коррелятора 10 равным:

$$\begin{array}{l}{K}_{ДМ}=A\sqrt{{\alpha }^2+\Delta t^2}/2T;\text{ (7)}\\ {\varphi }_{\text{ДМ}}=\varphi +arctg\raisebox{1ex}{$\Delta t$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.+\raisebox{1ex}{$\pi $}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.\end{array}$$

Процесс компенсации помех показан на примере работы одного из компенсационных каналов 3 при воздействии одной помехи. Совместная работа n компенсационных каналов 3 позволяет полностью компенсировать до n широкополосных помех, приходящих с различных направлений.

Техническая эффективность предлагаемого многоканального автокомпенсатора заключается в значительном увеличении подавления помех, действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности РЛС.

Современные РЛС обеспечивают в реальной обстановке подавление таких помех на 10-20 дБ; такая величина подавления в основном определяется погрешностями приемных трактов.

Математическое моделирование и экспериментальная проверка предлагаемого устройства на действующих образцах аппаратуры показали:

- установка известного автокомпенсатора в РЛС обеспечивает, в зависимости от степени неидентичности трактов, подавление помех на 10-20 дБ;

- установка предлагаемого автокомпенсатора, (выполненного на такой же схемно-элементной базе) с таким же собственным подавлением в такую же РЛС обеспечивает подавление помех соответственно на 20-30 дБ. Таким образом достигается увеличение подавления на 10 дБ и соответственно увеличение отношения сигнал/помеха в РЛС.

Экономическая эффективность применения предлагаемого автокомпенсатора заключается в том, что для достижения такого же технического эффекта при применении известного автокомпенсатора требуются гораздо большие затраты либо на увеличение мощности передатчика, либо на повышение на порядок точности изготовления, сборки и регулировки всех элементов трактов РЛС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Компенсатор боковых лепестков с изменяемой полосой модулирующих частот. Патент США №3881177. кл. G01S 7/36. Публикация 1975 г., том 933, №5.

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования в радиолокационных приемниках. Достигаемый технический результат - увеличение подавления помех. Указанный результат достигается за счет того, что многоканальный автокомпенсатор содержит основной канал и n компенсационных каналов, выходы которых соединены с общим сумматором, причем каждый компенсационный канал содержит квадратурный модулятор, квадратурный коррелятор, дифференциатор, сумматор, интегратор, дополнительный квадратурный модулятор, дополнительный квадратурный коррелятор. Перечисленные средства определенным образом соединены между собой. 1 ил.

Многоканальный автокомпенсатор, содержащий основной канал и n компенсационных каналов, выходы которых соединены с общим сумматором, причем каждый компенсационный канал содержит квадратурный модулятор, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом компенсационного канала, квадратурный коррелятор, первый вход которого объединен со входом квадратурного модулятора, второй вход подключен к выходу общего сумматора и объединен с аналогичными входами других n-1 компенсационных каналов, а два выхода соединены с двумя управляющими входами квадратурного модулятора, отличающийся тем, что, с целью увеличения подавления помех, в каждый компенсационный канал введены дифференциатор, сумматор, другой вход которого через интегратор соединен со входом дифференциатора, и дополнительный квадратурный модулятор, последовательно включенные между входом и дополнительным выходом компенсационного канала, подключенным к общему сумматору, а также дополнительный квадратурный коррелятор, первый вход которого соединен с входом дополнительного квадратурного модулятора, второй вход соединен с выходом общего сумматора, а два выхода соединены с двумя управляющими входами дополнительного квадратурного модулятора.