Адаптивное устройство приема частотно-разнесенных сигналов Советский патент 1982 года по МПК H04B7/12 H04B1/10 

(54) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ПРИЕМА

ЧАСТОТНО-РАЗНЕСЕННЫХ СИГНАЛОВ

- 1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для приема дискретной информации.

Известно устройство приема с пространственно-временной обработкой принимаемых сигналов, называемое также адаптивной антенной решеткой. Это устройство, практически не изменяй средней мощности принимаемого информационного сигнала, способно производить компенсацию ,Q до М- 1 помех, где N- количеотво элементов антенной решетки, направление прихода которых не совпадает с направлением прихода сигнала. Отмеченное свойство является весьма ценным, при 15 приеме в условиях перегруженного станционными помехами декаметрового диапазона 1 .

Однако известное устройство требует 20 наличия в пункте приема опорного сигнала, полностью совпадающего или хотя бы сильно кoppeлиpoв;JHнoгo с информационным сигналом и не коррелированного с помехами, что не всегда достаточно просто обеспечить.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является адаптивное устройство приема частотно-разнесет ных сигналов, содержащее соединенные последовательно N -«ходовой сумматор, блок формирования опорного сигнала, вычитатель и формирователь весовых коэ({)фициентов, к каждому из входов N -входового сумматора подключены последовательно антенна, приемный блок, выход которого соединен с соответствующим входом формирователя весовых коэ(})фициентов, и элемент регулировки комплексного коэффициента передачи, другой вход которого соединен соответствующим выходом (формирователя весовых коэ(})фиш1ентов. В данном устройстве проблема формирования опорног( сигнала решена следующим образом. На передающем конце радиолинии информационный двоичный сигнал складьшается по модулю 2 с псевдошу39мовым кодом (последовательностью максимальной длины) и полученный суммарный сигнал манипулирует по фазе излучаемое колебание. Вид псевдошумового кода и частота следования его импульсов (в 5 - 10 раз большая, чем частота следования информационных импульсов) заранее известны на приемном конце, чт позволяет произвести путём взакмокорре ляционной обработки разделение информа- ционной и кодовой последовательностей, После фильтрации информационной последовательности и последующей ее манипуляции псевдошумовым кодом от местного генератора, формируется опорный сигнал, очищенный от помех и совпадающий в случае отсутствия ошибок демодуляции, с переданным сигналом 2 . Недостатком известного устройства является необходимость точной цикловой синхронизации псевдршумовых кодов на передающем и приемном .концах радиолинии. При рассогласовании псевдошумовьпс кодов на величину, превьпиающую длитель ность 0,5 бита, происходит подавление наряду с помехой и полезного сигнала. Это требует создания в приемной аппаратуре сложной автоматической системы циклойой синхронизации, помехоустойчивость и особенно процесс вхождения в синхронизм которой существенно влияют на помехоустойчивость приема информационного сиг-нала. Цель изобретения - повьпиение помехозащищенности. Цель достигается тем, что в адаптивном устройстве приема частотно-разнесенньрс сигналов, содержащем соединенны последовательно N -входовой сумматор, блок формирования опорного сигнала, вычитатель и формирователь весовых коэффициентов, к каждому из входов N -входового сумматора подключены последовательно антенна, приемный блсж, выход которого соединен с соответствующим входом формирователя весовых коэффициентов, и элемент регулировки комплекс ного коэффициента, передачи, другой вход которого соединен с соответствующим вы ходом формирователя весовых коэффициентов, между выходом hi -входового сумматора и другим входом вычитателя включе элемент задержки, блок формирования опо ного сигнала выполнен в виде соединенных последовательно первого М -входового сумматора, первого полосового фильт{ia и первого нормализатора, выход которого является выходом блока формирова- 6 ния опорного сигнала, второго V -входового сумматора, к каждому входу которого подключен частотный канал, точка соединения входов частотных каналов является входом блока формирования опорного сигнала, каждый частотный канал образован последовательным соединением второго полосового фильтра, второго нормали- заторй, первого перемножителя, измерительного фильтра и второго перемножителя, другой вход которого соединен с выходом второго нормализатора, между выходим каждого измерительного фильтра и соответствующим входом первого М-входового сумматора включен смеситель, между выходом второго неходового сумматора и точкой соединения других входов смесителя и первых перемножителей включены последовательно третий полосовой фильтр и третий нормализатор. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит антенны 1, приемные блоки 2, элементы 3 регулировки комплексного : коэффициентаг передачи, VI - входовой сумматор 4, формирователь 5 весовых коэффициентов, элемент 6 задержки, вьгчитатель 7, блок 8 формирования опорного сигнала, частотные каналы 9, второй М-входовой сумматор 1О, второй перемножитель 11, третий полосовой фильтр 12, третий нормализатор 13, смеситель 14, первый М-входовой сумматор 15, первый полосовой фильтр 16, первый нормализатор 17, второй полосовой фильтр 18, второй нормализатор 19, первый перемножитель 20 и измерительный фильтр 21. Устройство работает следующим образом.. Аддитивная смесь широкополосного сигнала сосредоточенных по спектру (станционных) помех и флюктуационного шума принимается антеннами 1 и после усиления и частотной селекции, осуществляемых приемными блоками 2 поступает на входы элементов 3 и входы формирова-теля 5 весовых коэффициентов. Смесь сигнала и помех на выходе. 1-го приемного блока 2 можно записать: ).2п, тое SiCi полезный сигнал; ) j -зя помеха ; у||{;)--флюктуационный шум, представляющий сумму внешних и собственных шумов устройства ; L - число помех в полсх:е приема, причем U i N- -1 , )отличается от i..(t)тoлькo реализацией флюктуационного шума и фа выми сдвигами между колебаниями одной частоты tfc; j ..C09.©, .где д - расстояние между антеннами 1 .; - длина, волны сигнала ( О) или j -ой помехи ; Ф,0 - углы прихода у-го колебания азимутальной п угломеетной плоскостях. Формирователь Ь весовых коэффициен тов, в соответствии с алгоритмом наискорейшего спуска, формирует весовые коэффициенты t)--w.(o)cLK}zf ct))at; 1) где -(0)- начальное состояние -го весового коэффициента; (-t) - сигнал ошибки, поступающей на управляющий вход формирователя 5 весовых коэффициентов с выхода вычитателя 7; К - масштабирующий множитель, определяющий скорость сходимости вектора весовых коэффициентов С Vy 3 к некоторому вектору t; VoPtL P котором /gCt)/ минимальна. Вычисленный набор весовых коэф|)ициентов поступает на входы элементов 3 где сигналы 2 (k) умножаются на весоBbie коэффициенты и затем складьтаются на М-входоБом сумматоре 4, вид сигнал на-вьрсоде которого можно записать. xtt)--.,(t;.z,ct). в результате этой операции (если век тор весовых коэффициентов С 3 вычис- лен идеально точно, коэффициент (Лежканальной корреляции помех равен единице и помехи полностью не коррелированы с сигналом) происходит полное подавление всех Ь помех (если U $ N - 1), средняя мощность сигнала не изменяется. Реально все перечисленные условия не .выполняются, и в сигнале X (-t) содержится некоторый нескомпенсированный остаток помех. Поэтому на выходе вычитателя 7 появляется сигнал ошибки e(-t)--fi.(O-)(Ct), 266 где R(t) - опорный сигнал, в идеале полностью совпадающий с прини. маемым сигналом. Получаемый сигнал ошибки используется для коррекции вычисленных значений весовых коэффициентов по приведенной формуле (1), в результате чего среднее значение / (t ) I инимизируется . На приемном пункте системы связи невозможно иметь априори полную информацию о полезном сигнале SC-t) Поэтому опорный сигнал R(-l) вырабатывается непосредственно из принятого сигнала X Ot следующим образом. Излучаемый широкополосный сигнал gCt) можно представить в виде sCi)--5(± 1 ) 3. ей т. е. информационный сигнал 9 (-fc) V раз эквидистантно разнесён по частоте с шагом л сУ . Для устойчивой работы устройства достаточно иметь М 5. Отдельные частотно разнесенные составляющие сигнала «фильтруются вторыми полосовыми фильтрами 18, центральные частоты которых совпадают с поднесущими частотами V/o СУ + бдСЛ этих составлякицих. Затем {эасфильтрованнь1е составляющие, с целью подавления узкополосных помех, ограничиваются по амплитуде вторыми нормализаторами 19 (например усилителями с АРУ) и поступают, на входы первых перемножителей 2О. На вторые входы указанных перюмножиталей подается напря « ние разманипуляции 0 (.tb 6 Ct)C05 ( о). Напряжение сигнала на выходах первых перемножителей 20 в отсутствии помех можно представить в виде: )--5 Ct)uJ sC-b)s a)|co5()fc 4 fe-vfjfcoax ( . оскольку измерителыале фильтры 21 настроены в каждом из частотных каналов 9 на частоты tJOo % то сигналы на их выходах имеют вид )-ea))--|j6Ci)| cosIXiWe iWo)tt fo«-fe Отсюда сигналы на выходах вторых перемножителей 11 в частотных каналах 9 при/9 :)/ 1 равны : (owot f о)- i SWcos 1:С(1и;е1-%Я 2У е оЗ , 794 11(. второе слагаемое в выражении ;uiflO,) при дальнейшей обработке (на чертеже не показано) и третьим полосовым фильтром 12 подавлено, то переписиваем последнеевыражение в виде Oi(t)-- eWcosCciJot ). Отсюда видно, что все частотно разнесенныесостав;шющие сигнала переноСЯ1СЯ когератором на частоту (jtt) и приводятся к одинаковой фазе Цд . Вследствие этого в сумматоре 10 KorejiaTopa происходит когерентное сложение этих составляющих и напряжение сигнала на его выходе можно представить в виде eci)). 6-1 При нал1гчии сосредоточенных по спектру «омех в полосе широкополосного сигнала, сни складьгоаются некогерентно (т. е. квадратично, по мошности). Это особенно с учетом нормирования a ;литyды смеси сигнала и помех в частотных каналах О цторыми нормализаторами 19, значительно улучт зет отношение мощности сигнала к мощности помех. формированный таким образом сигнал подаетс:я чгрез третий полосовой фильтр 12 и третий нормализатор 13 на первые перемножители 20 в частотных каналах 9 и сиесители 14. На вторые входы сме с1Т(лей 14 подаются напряжения U pgC-t). Соответственно напр:гжение на выходах смесителей 14 имеет вид ) - ) Офд (t) -- &Ct)jcos ( ) cos l((Ve 2аьЯ Vo -fe 1 . После сложения частотно разнесенных составляющих сигнала в первом АЛ -входо- вом сумматоре 15, подавление .второго слагаемого в выражении для -О je первым полосовым фильтром 16 и нормиро-. вания амплитуды суммарного сигнала первым нормализатором 17 получаем опорны многочастотный сигнал В1ща М. R Ct) set) Т С05 (tfet fе е-1 Поскольку сформированный таким обрпзом опорный сигнал получается весьма близким к излучаемому сигналу S (t , то и вектор весовых коэффициентов f и J ьют ро сходится к . Вследствие этого помехи в полосе приема хорошо, компенси 6 руются, что в свою очередь увел1гчивает точность формирования опорного сигнала и в конечном счете пр1шодит к повышению помехоустойчивости. Формула изобретения Адаптивное устройство приема частот- но-разнесенных сигналов, содержащее соединенные последовательно N-входовой сумматор, блок формирования опорного сигнала, вычитатель и формирователь весовых коэффициентов, к каждому из входов Ы -входового сумматора подключены последовательно антенна, приемньгй блок, выход которого соединен с соответствующим входом .формирователя весовых коэффициентов, и элемент регулировки комплексного коэффициента передачи, другой вход которого соединен с соответствующим выходом формирователя весовых коэффициентов, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, между выходом N-входового сумматора и другим входом вычитателя включен элемент задержки, блок формирования опорного сигнала вьшолнен в виде соединенных последовательно первого N -входового сумматора, первого полосового фильтра и первого нормализатора, выход которого является выходом блока формирования опорного сигнала, второго М-входового сумматора, к каждому входу которого подключен частотный канал, точка соединения входов частотных каналов $тляется входом блока формирования опорного сигнала, каждый частотный канал образован последовательным соединением второго полосового фильтра, второго нормализатора, первого перемножи- теля, измерительного фильтра и второго перемножителя, другой вход которого соединен с выходом второго нормализатора, между выходом каждого измерительного фильтра и соответствующим входом первого М- ходового сумматора включен смеситель, между выходом второго W входового сумматора и точкой соединения других входов смесителя и первых перемножителей включены последовательно третий полосовой фильтр и третий нормализатор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Зарубежная радиоэлектроника, № 8, 1976, с. 35 -39. 2.ТИИЭР, том 66, № 3, март 1978 с. 23-34 (прототип).