Устройство компенсации помех при сдвоенном приеме радиосигналов

Устройство компенсации помех при сдвоенном приеме радиосигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - уменьшение уровня остатков помех при приеме аддитивной смеси многочастотных радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией с помехами произвольного вида за исключением помех, имитирующих полезный сигнал, а также увели

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (II I (51) 4 Н 04 В 7/02 1 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4173886/24-09 (22) 04.01.87 (46) 30.06.88. Бюл. У 24 (71) Владимирский политехнический институт (72) Е.К.Левин, П.А.Полушин и А.Г.Самойлов (53) 621.396.626.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ii! 1092741, кл. Н 04 В 7/02, 1984. (54) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ ПОМЕХ

ПРИ СДВОЕННОМ ПРИЕМЕ РАДИОСИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — уменьшение уровня остатков помех при приеме аддитивной смеси многочастотных радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией с помехами произвольного вида за исключением помех, имитирующих полезный сигнал, а также увели1406801 чение отношения сигнал/помеха на выходе устр-ва при глубоких частотноселективных замираниях сигнала. Устрво содержит эл"ты задержки 1 и 2„ полосовые фильтры (ПФ) 3, блоки компенсации (БК) 9 и сумматоры 24, 25, 28 и 29. Устр-во компенсации помехи при сдвоенном приеме радиосигналов предназначено для подавления внешних помех произвольного вида, кроме сигналоподобных помех, имеющих период повторения в точности совпадающий с Т, интервалом между посылками. При этом помехи воздействуют одновременно на обе пространственно-разнесенные антенны, которые одинаково ориентироваИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при приеме многочастотных радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией по тропосферным каналам связи в условиях воздействия внешних помех.

Р

Цель изобретения — уменьшение уров ня остатков помех при приеме аддитивной смеси многочастотных радиосигна- 1О

JIoB с относительной фазовой манипуляцией с помехами произвольного вида, за исключением помех, имитирующих полезный сигнал, а. также увеличение отношения сигнал/помеха на выходе устройства при глубоких частотно-селективных замираниях сигнала.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства компенсации помех при сдвоенном приеме 2п .радиосигналов; на фиг.2 — графики, поясняющие принцип работы устройства компенсации помех при сдвоенном прие.ме радиосигналов.

Устройство компенсации помех при сдвоенном приеме радиосигналов содержит первый 1 и второй 2 N-отводные элементы задержки, Я пар полосовых фильтров 3, первый 4 и второй 5 амплитудные детекторы, интегрирующий фильтр 6, блок 7 стробирования, перемножитель 8, первый и j-e (j 2, 3, ..., N), блоки 9 компенсации, пер.вый 10 и второй 11 блоки управления ны, и относительный фазовый сдвиг помеховых составляющих во входных разнесенных сигналах отличается от фазового сдвига сигнальных составляющих.

В устр-ве осуществляется компенсация помеховых составляющих, а полезные составляющие остаются, т.е. происхо=дит очищение полезных сигналов от помех. Устр-во по п.1 ф-лы отличается введением эл-тов -задержки l и 2. ПФ 3, БК 9 и сумматора 25, что уменьшает уровень остатков помех. Устр-во по п.2 ф-лы отличается введением сумматоров 28 и 29, что увеличивает отно.. шение сигнал/помеха. Дан пример выполнения. БК 9. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Ъ коэффициентами передачи усилителей, второй 12, первый 13, пятый 14, шестой 15, третий 16 и четвертый 17 элементы задержки, с первого по четвертый смесители 18-21, первый 22 и второй 23 сумматоры, первый 24 и второй

25 выходные сумматоры, с третьего по шестой сумматоры 26-29, фазовращао тель 30 на 90, опорный гетеродин 31, первый 32 и второй 33 усилители с регулируемыми коэффициентами передачи, первый 34 и второй 35 блоки фазирования, первый 36 и второй 37 коммутаторы, первый 38 и второй 39 ключи, первый 40 и второй 41 вычитатели, первый 42 и второй 43 пороговые бло ки, первый 44 и второй 45 формирователи прямоугольных импульсов, первый

46 и второй 47 фильтры переменной составляющей сигнала и элемент И 48 ., 1

Устройство работает следующим образом.

Работа предлагаемого устройства основана на особой частотно-временной структуре спектра составных сигналов>.

Действительно (см. фиг.2a), несмотря на то, что сигнал отличен от нуля практически весь интервал Т между посылками, в течение этого интервала он в каждый момент времени занимает относительно узкую полосу спектра внутри общей полосы f< . Действительно, в течение каждого парциального

1406801 интервала T< /N сигнал существует только в одной из парциальных полос шириной fR = fÄ /N, а внутри других полос в этот момент времени уровень сигнала незначителен. Поэтому если рассмотреть составной сигнал в некоторой системе координат, по осям которой отложены частота f и время t (фиг ° 2а), то можно сделать вывод, что каждому парциальному радиоимпульсу соответствует небольшая локальная область А в этой системе координат.

Совокупность всех парциальных сигналов, образующих составной сигнал, представляет собой совокупность подобных соприкасающихся локальных областей. Эта совокупность также образует некоторую область В", описывающую составной сигнал в целом. Внутри частотного интервала f в течение периода Т, эта область занимает относительно небольшую площадь, примерно, равную 1/N.

Внешние помехи, которые воздействуют на систему связи, также могут быть представлены в подобной системе координат. Так область, соответствующая быстродействующей импульсной помехе С, вытянута вдоль вертикальной оси (f). Область, соответствующая непрерывной узкополосной помехе D вытянута вдоль горизонтальной оси (t). Помеха произвольной структуры в подобной системе координат может иметь область произвольной формы, Устройство предназначено для подавления внешних помех произвольного вида, кроме сигналоподобных помех, т.е . имеющих период повторения, в точности совпадающий с Т,. Кроме этого помехи воздействуют одновременно на обе пространственно-разнесенные антенны (не показаны), что имеет место практически во всех случаях, так как обе пространственно-разнесенные антенны одинаково ориентированы, относительный фазовый сдвиг помеховых составляющих во входных разнесенных сигналах отличается от фазового сдвига сигнальных составляющих.

При этом помеха, занимающая ту же общую полосу спектра f<, что и полезный сигнал, и сосуществующая с ним во времени, может вообще не совпадать с областью В, занимаемой полезными компонентами, либо накладываться на нее лишь частично. Тем не менее такая помеха точно так же воздействует лосовых фильтров 3 одинакового номера подключены идентичные блоки 9 компенсации. В отсутствие помехи на входы каждого блока 9 поступает последова30 тельность радиоимпульсов длительностью T /N и периодом следования Т< (если имеет место многолучевость, то вместо каждого радиоимпульса поступает несколько) . С помощью амплитудных детекторов 4 и 5 выделяется их огибающая, представляющая собой последовательность видеоимпульсов. С ее помощью формируются две последовательности прямоугольных стробирующих

40 импульсов, совпадающие по времени с принимаемыми видеоимпульсами каждого разнесенного сигнала. Для этого, чтобы уменьшить влияние аддитивных тепловых шумов, применяется накопление в рециркуляторах, образованных сумматорами 26 и 27 и элементами 16 и 17, имеющими время задержки, равное Т„.

Сумматоры 26 и 27 обеспечивают сложение сигналов с такими весовыми коэффициентами, чтобы отсутствовало самовоэбуждение и, кроме того, уменьшился уровень аддитивных шумов на их выходах. Формирователи 44 и 45 из видеоимпульсов формируют стробирующие пря55 моугольные импульсы, необходимые для вырезания помех. Фильтры 46 и 47 исключают постоянную составляющую, а также влияние на формирователи 44 и

45 непрерывной составляющей помехи

25 на демодуляторы приемников (не показаны) и может приводить к значительному ухудшению помехоустойчивости связи.

Рассмотрим общий случай воздействия помехи (фиг.2б). Она имеет часть

Е, перекрывающуюся с областью полезного сигнала, и часть F, лежащую вне ее.

B устройстве обе части помехи поразличному Heéòðàëèýóþòñÿ в полезном сигнале.

Часть F просто исключается из сигнала, Для этого в моменты, когда на данном полосовом фильтре 3 отсутствует полезный сигнал (парциальный радиоимпульс), его выход размыкается от последующих цепей, часть E помехи компенсируется.

Входные сигналы в N-отводных элементах 1 и 2 разделяются по отводам с относительными задержками Т,/N и проходят через соответствующие полосовые фильтры 3. На выходах пары паКомпенсация помеховых составляющих 55 во входных сигналах производится с IIQ помощью амплитудно-фазовой регулировки (таким образом, чтобы помехи в них . стали равны и противофазны) и после5 14068 постоянного уровня (если она присутствует) . Ключи 38 и 39 открываются . только в моменты, когда на них приходят стробирующие импульсы с формирователей 44 и 45. В остальное время они закрыты.

Для управления компенсацией стробирующие импульсы с обоих формирователей 44 и 45 подаются на элемент И

48, который вырабатывает управляющее напряжение только тогда, когда на его входах одновременно присутствуют стробирующие импульсы обоих формирователей 44 и 45, т,е, когда парциаль-15 ные импульсы данной пары полосовых фильтров 3 совпадают по времени (хотя бы частично).

Задержка элементов 14 и 15 также равна Т,. Поэтому если нет внешних помех, то на выходах вычитателей 40 и 41 сигналы отсутствуют. Если на вход действует помеха, то (поскольку она некоррелирована с сигналом) на выходах вычитателей 40 и 41 появляет- 25 ся напряжение. Пороговые блоки 42 и

43 фиксируют это напряжение и формируют из него импульсы, управляющие коммутаторами 36 и 37.

Ранее коммутаторы 36 и 37 подклю- З0 чили на свой выход сигналы прямого прохождения (с выходов блоков 34 и

35). После прихбда управляющего сигнала с пороговых блоков 42 и 43 оба коммутатора 36 и 37 подключают на

35 свои выходы сигнал с выхода смесителя 20. Это обеспечивает нейтрализацию части Е (фиг.2б) помехового сигнала, так как на выходе смесителя 20 в полезном сигнале помеха уже скомпенсирована.

Ключи 38 и 39 открываются соответствукщими стробирующими импульсами, которые имеют место лишь в моменты присутствия парциальных импульсов полезного сигнала. В остальное время они закрыты. Таким образом, на выход устройства пропускаются сигналы только из области В (фиг.2а). Вся остальная часть вне их независимо от того

50 содержит она помеху (область F фиг,2б) или только тепловой шум входных цепей, отсекается.

01 6 дующего сложения. Помеховые составляющие при этом компенсируются.

Амплитудно-фазовая подстройка производится с помощью опорного гетеродина 31. Он вырабатывает синусоидальное напряжение U с частотой Я, UDI. =

= U„cosa„t. B смесителе 18 образуется напряжение разностной частоты Б

= U,U«(t) ° cosf(u„— Я ) t + P, +

+, (t), где U„(t) и< (t) — амплитуда и фаза помеховой составляющей первого разнесенного сигнала, прошедшей данный полосовой фильтр 3, Q „- его центральная частота.

В фазовращателе 30 происходит поо ворот фазы на 90, напряжение на его выходе U = U sinu„t. Усилители 32 и 33 обеспечивают коэффициенты усиления К и Кг (оба коэффициента могут менять знак). При этом напряжение на выходе сумматора 22 U = К1Urcos63 t +

+ Кг0гз г (й„Т = U„A cos (Я t "о, К где А = К + К с4 = arctg - . Это

Э

К

l напряжение поступает на вход смесителя 19, где образуется сигнал . раз ностной частоты

П 9 = AU U

+ Q 1.) где U (t) — амплитуда помеховой составляющей во второй ветви, — относительный фазовый сдвиг помех между ветвями разнесения.

Сигналы смесителей 18 и 19 складываются в сумматоре 23. С помощью co= ответствующих К, и К обеспечиваются

7c-II oa Ha Un АП г, f — oC = nå, Пр и этом помеховые составляющие в разнесенных сигналах компенсируются, а полезные составляющие (поскольку они некоррелированы с помехами) остаются.

Таким образом происходит очищение по-, лезных сигналов от помех.

В смесителе 20 выделяются суммарная частота Я = (G3д — M) + Иог

= Я„, т.е. сигнал возвращается в первоначальную область спектра.

Этот очищенный от помехи сигнал и используется в коммутаторах 36 и 37 в моменты, когда помеха и сигнал на входе накладываются друг на друга (область Е на фиг.2б).

В блоках 34 и 35 производится сравнение фазы данного разнесенного сигнала (с выхода элемента 12 или

13) с фазой компенсационного сигнала

14068

7 (с выхода смесителя 20) и фаза каждого разнесенного сигнала подстраивается под фазу общего компенсационного (в котором содержится только полезная составляющая). По этой причине при перекоммутации в коммутаторах 36 и 37 не происходит скачков фазы полезного сигнала, достаточно опасных для ОФТ.

Управление коэффициентами К„ и К 10 регулируемых усилителей производится с помощью блоков 10 и 11. В каждом из них второй разнесенный сигнал переносится на частоту И„- яо„ с помощью смесителя 21, далее определяет- 15 ся коэфФициент корреляции этого сигнала с входным сигналом смесителя 20 с помощью перемножителя 8. Этот сигнал интегрируется в интегрирующем фильтре 6, результатам интегрирования 20 пропорциональны коэффициенты К и К .

При интегрировании одновременно происходит минимизация обоих измеренных коэффициентов корреляции. Если устранено влияние полезного сигнала, то 25 достижение коэффициентами корреляции нулей означает одновременно компенсацию помехи на входе смесителя 20.

Влияние полезного сигнала устраняется блоком 7. Он управляется стро- З0 бирующими прямоугольными импульсами с выхода элемента И 48 и размыкается при их приходе. Опасными (для измерения параметров помех) являются только результаты перемножения полез- .

35 ных составляющих обоих разнесенных сигналов. Эти моменты времени имеют место лишь при одновременном присутствии парциальных импульсов на выходе данной пары фильтров 3, но как раз 40 в эти моменты результат перемножения исключается из накопления интегратором с помощью блока 7. Так нейтрализуется влияние полезного сигнала на управление регулируемыми усили 45 телями.

Элементы 12 и 13 применяются для нейтрализации времени задержки в целях формирования стробирующих импульсов. Их величина выбирается такой, чтобы в блок 7 стробирующий импульс с элемента И 48 поступал одновременно с результатом перемножения парциальных импульсов в перемножителе 8.

В результате осуществления всех, описанных операций на выходах блока

10 присутствуют те же парциальные импульсы, что и на выходах соответ.ствующих полосовых фильтров 3, но без

01 8 внешней помехи (независимо от ее положения относительно области В сигнала, фиг ° 2а) . В других блоках 9 производятся аналогичные операции. Все парциальные импульсы поступают на сумматоры 24 и 25, где образуются короткие радиоимпульсы, которые используются в дальнейшей обработке. В условиях относительно небольшого уровня полезного сигнала и значительных селективно-частотных замираний применяется включение сумматоров 28 и 29.

В таких условиях может происходить срыв правильной выработки суммирующих срыв правильной выработки стробирующих импульсов формирователями 44 и

45, так как уровень некоторых из парциальных импульсов может стать малым, недостаточным для устойчивой работы формирователей 44 и 45. В этих условиях выход сумматора 26 подключается также к одному из входов сумматора

28, к другим его входам подключаются выходы соответствующих сумматоров 26 других блоков 9. Выход сумматора 28 соединен с одним их входов суммато-„ ра 26 в каждом из блоков 9.

Аналогично, выход сумматора 27 каждого из блоков 9 соединен с одним из входов сумматора 29, а выход сумматора 29 подключен к входу сумматора 27 в каждом блоке 9.

Поскольку парциальные импульсы

1после всех полосовых фильтров 3 уже .г совпадают по времени, то в формировании суммарного видеоимПульса на выходах сумматоров 26 и 27, используемого в формирователях 44 и 45, теперь участвуют видеоимпульсы, образованные сразу из всех парциальных. Поэтому даже если уровень какого-либо парциального радиоимпульqà становится малым (из-за селективно-частотных зами-. раний), то на работе соответствующего блока 9 это не сказывается.

Формула изобретения

1. Устройство компенсации помех при сдвоенном приеме радиосигналов, содержащее первый выходной сумматор и первый блок компенсации, выход которого соединен с первым входом первого выходного сумматора, первый блок компенсации содержит первый и второй пороговые блоки, первый и второй амплитудные детекторы, первый и

06801

9 14 второй блоки фазирования, первый и второй коммутаторы, первый элемент задержки, второй элемент задержки, элемент И, первый и второй формирователи прямоугольных импульсов, выходы которых соединены с соответствующими входами элемента И, первый и второй блоки управления коэффициентами передачи усилителей, первый смеситель, соединенные последовательно опорный гетеродин, выход которого соединен с первым входом первого смесителя, первый усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, вход регулирующего сигнала которого соединен с выходом первого блока управления коэффициентом передачи усилителя, первый сумматор, второй смеситель, второй сумматор, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков управления коэффициентами передачи усилителей, а другой вход соединен с выходом первого смесителя, и третий смеситель, выход которого соединен с первыми входами первого и второго коммутаторов, соединенные о последовательно фазовращатель на 90 вход которого соединен с выходом опорного гетеродина, и второй усилитель с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен с другим входом первого сумматора, а вход регулирующего сигнала соединен с выходом второго блока управления коэффициентом передачи усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения уровня остатков помех при приеме аддитивной смеси многочастотных радиосигналов с относительной фазовой манипуляцией с поме.хами произвольного вида, за исключением помех, имитирующих полезный сигнал, в него введены первый и второй

N-отводные элементы задержки, входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, N пар полосовых фильтров. j-e блоки компенсации (j = 2,3, ..., N), идентичные первому блоку компенсации, выход каждого из которых соединен с

)-м входом первого выходного сумматора, второй выходной сумматор, каждый вход которого соединен с дополнительным выходом соответствующего блока компенсации i-e (i = 1,2, N) отводы первого и второго N-отводных элементов задержки соединены с первым и вторым входами i-го блока компенсации соответственно через первый и второй полосовые фильтры -й пары полосовых фильтров, в каждый

5 блок компенсации введены первый и второй ключи, выходы которых являются выходом и дополнительным выходом блока компенсации, входы соединены соответственно с выходами первого и вто1ð рого коммутаторов, а управляющие входы соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей прямоугольных импульсов, соединенные последовательно первый фильтр переменной составляющей сигнала, вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, третий сумматор, выход которого соединен с входом первого формирователя прямоуголь2р ных импульсов, и третий элемент задержки, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, соединенные последовательно второй фильтр переменной составляющей сигна25 ла, вход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора, четвертый сумматор, выход которого соединен с входом второго формирователя прямоугольных импульсов, и четвертый элемент задержки, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, соединенный последовательно пятый элемент задержки, вход которого соединен с выходом первого амп35 литудного детектора, и первый вычитатель, другой вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, а выход соединен с входом первого порогового блока, соединенные

4р последовательно шестой элемент задержки,. вход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора, и второй вычитатель, другой вход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора, а выход соединен с входом второго порогового бло- ка, выходы первого и второго пороговых блоков соединены соответственно с управляющими входами первого и второго коммутаторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков фазирования, выход первого элемента за" держки, вход которого соединен с вхо55 дом второго амплитудного детектора и является вторым входом блока компенсации, соединен с входом второго блока фазирования и другим входом второго смесителя, другой вход второго

1406

801 l2 стробирования, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И и является четвертым входом блока управления коэффициентом передачи усилителя, и интегрирующий фильтр, выход которого является выходом блока управления коэффициентом передачи усилителя, третьи входы первого и второго блоков управления коэффициентами передачи усилителей соединены соот" ветственно с выходом опорного гетеродина и выходом фазовращателя на 90

2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/помеха на выходе устройства при глубоких частотно-селективных замираниях сигнала, в него введены пятый сумматор, входы которого соединены с выходами третьих сумматоров, а выход соединен с третьими входами третьих сумматоров, шестой сумматор, входы которого соединены с выходами четвертых сумматоров а выход соединен с третьими входами четвертых сумматоров. блока фазирования соединен с выходом третьего смесителя, другой вход которого соединен с выходом опорного гетеродина, первый и второй входы пер5 вого блока фазирования соединены соответственно с выходом третьего смесителя и другим входом первого смесителя, соединенного также с выходом второго элемента задержки, входы 10 второго элемента задержки и первого амплитудного детектора являются первым входом блока компенсации, каждый блок управления коэффициентом передачи усилителя содержит соединенные 15 последовательно четвертый смеситель, первый вход которого является вторым входом блока управления коэффициентом передачи усилителя и соединен с выходом первого элемента задержки, 20 а второй вход является третьим входом блока управления коэффициентом передачи усилителя, перемножитель, другой вход которого является первым входом соответствующего блока управления ко- 25 эффициентом передачи усилителя, блок

Составитель Н.Мельников

Техред M.Дидык Корректор С.Черни

Редактор А.Огар

Заказ 3209/55

Тираж 660 Подписное

BIIHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

II3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4