Многоканальное устройситво для выделения широкополосного сигнала из помех

Многоканальное устройситво для выделения широкополосного сигнала из помех

Реферат

 

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для приема широкополосных сигналов на фоне узкополосных и импульсных помех. Технический результат заключается в уменьшении количества каналов устройства при сохранении высокой эффективности выделения сигнала из помех. Устройство содержит m параллельных каналов, содержащих узкополосные фильтры, канальные усилители, детекторы, схемы сравнения, регулируемые усилители, безынерционные ограничители, фазовращатели. Введены n входных и n выходных смесителей, гетеродинный блок, генератор импульса, n сумматоров, n фазовращателей. В каждый канал введены входной и выходной коммутаторы, схема управления, пороговое устройство, ключ. Вход и выход входного коммутатора канала соединены соответственно с выходами входных смесителей и с входом узкополосного фильтра. Вход и выход выходного коммутатора соединены, соответственно, с выходом фазовращателя и через сумматор - со входами выходных смесителей. И выходы через фазовращатели присоединены к сумматору. Выходы схем сравнения в каналах через пороговый элемент, ключ, схему сравнения присоединены к управляющим входам входного и выходного коммутаторов. Выходы гетеродинного блока присоединены, соответственно, к гетеродинным входам входных и выходных смесителей. Выход блока усиления и преобразования присоединен к входам входных смесителей. Выход генератора импульсов присоединен к входам ключей. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи, может быть использовано в радиотехнических системах, предназначенных для приема широкополосных сигналов на фоне узкополосных и импульсных помех.

В настоящее время известен ряд многоканальных устройств, позволяющих вести борьбу с узкополосными помехами в широкополосных системах связи (например, патент США №3.112.452, НКИ 328-167 от 26.11.63 г., диссертация А.Н.Иощенко "Исследование методов борьбы с сосредоточенными помехами в широкополосных системах связи", Новосибирск, 1970 г., и работа под редакцией А.И.Филлипова "Принципы отождествления каналов передачи сигналов" Изд. 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 узкополосных помех в каналах, так и по технической реализации этих методов.

Так устройство, описанное в патенте США №3.112.452, осуществляет ограничение узкополосных помех в каналах.

В диссертации А.Н.Иощенко и работе под ред. А.Н.Филиппова приводятся устройства, которые подавляют узкополосные помехи методом режекции участков спектра широкополосного сигнала, пораженных узкополосными помехами.

Перечисленные устройства, особенно устройства, реализующие методы режекции и взвешивания, позволяют весьма эффективно бороться с узкополосными помехами в широкополосных системах связи.

Один из недостатков рассмотренных устройств подавления помех заключается в том, что при работе в загруженных диапазонах волн, для эффективного выделения сигнала из помех, требуется большое количество параллельных каналов, и техническая реализация устройства вызывает значительные сложности. В то же самое время большое число каналов оказывается пораженным помехами и не используется для выделения сигнала из помех.

Блок-схема устройства-прототипа изображена на фиг.1, где введены следующие обозначения:

1 - широкополосный входной фильтр с полосой пропускания больше или равной полосе частот широкополосного сигнала;

2 - сумматор;

3 - безынерционный ограничитель;

4 - фильтр с полосой пропускания, равной полосе частот ширококополосного сигнала;

5 - блок усиления и преобразования частоты принимаемого сигнала в промежуточную частоту;

6 - узкополосный фильтр;

7 - канальный 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 канального 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 с вычитающими входами схем сравнения 9. Выход схемы сравнения 9 подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 10, выход которого подключен ко входу ограничителя 11, а высокочастотный вход - к выходу канального 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 сигнал, "белый" шум и узкополосные помехи, а импульсные помехи отсутствуют. В этом случае устройство осуществляет подавление узкополосных помех методом уменьшения коэффициентов усиления каналов, пораженных узкополосными помехами. Это происходит следующим образом. Схема выбора минимума 13 выбирает минимальное из напряжений на выходах детекторов 8. Это напряжение используется в качестве напряжения автоматической регулировки усиления (АРУ), а также поступает на вычитающие входы схем сравнения 9, в которых это напряжение вычитается из напряжений поступающих с выходов соответствующих детекторов 8. 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 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, сигналы находились на линейном участке ограничителей 11, а выходной сигнал сумматора 2 находился на линейном участке ограничителя 3. Это требование выполняется в широком динамическом диапазоне уровней входных сигналов, т.к. устройство охвачено кольцом АРУ.

Предположим, что на вход широкополосного входного фильтра 1 поступает широкополосный сигнал, "белый" шум, узкополосные и импульсные помехи.

Постоянная времени детекторов 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 меняются. 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, CB, ДВ) рассмотренное устройство должно иметь большое число параллельных каналов (не менее 30-40). В то же самое время, в реальных условиях, на вход сумматора поступают сигналы с выходов каналов, составляющих всего 10-20% от общего числа каналов устройства.

Остальные 80-90% каналов отключены и для выделения сигнала из помех не используются. Таким образом, только 10-20% каналов работает, а остальные 80-90% не используются для выделения сигнала из помех, что обуславливает излишнюю сложность устройства. То обстоятельство, что большая часть каналов устройства не используется для выделения сигнала из помех является существенным недостатком прототипа.

Этот недостаток может быть устранен, если каналы, пораженные узкополосными помехами, будут перестраиваться в пределах полосы полезного сигнала до нахождения участка спектра свободного от мощных сосредоточенных помех. Очевидно, что в этом случае меньшим количеством каналов можно добиться той же эффективности выделения полезного сигнала из помех, какую обеспечивает прототип.

Целью настоящего изобретения является уменьшение сложности технической реализации устройства за счет уменьшения количества каналов при сохранении высокой эффективности выделения сигнала из помех.

Эта цель достигается тем, что в каждый канал устройства подавления помех вводится два коммутаторных вентиля, пороговый элемент, ключ и схема управления. Кроме того, вводится общий генератор импульсов, который осуществляет переключение коммутаторных вентилей в каналах, пораженных узкополосными помехами. Смещение канала по частоте достигается введением гетеродинного блока, входных и выходных смесителей, а для компенсации набега фаз вводятся фазовращатели, подключенные к выходным смесителям. На входе каждого выходного смесителя введен сумматор.

На фиг.2 представлена блок-схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:

1 - широкополосный входной фильтр;

2 - сумматор;

3 - безынерционный ограничитель;

4 - широкополосный выходной фильтр;

5 - блок усиления и преобразования;

6 - узкополосный фильтр;

7 - канальный усилитель;

8 - амплитудный детектор;

9 - схемы сравнения;

10 - регулируемый усилитель;

11 - безынерционный ограничитель;

12 - фазовращатель;

13 - схема выбора минимума;

14 - входные смесители;

15 - гетеродинный блок;

16 - входной коммутатор;

17 - пороговый элемент;

18 - ключ;

19 - схема управления;

20 - выходной коммутатор;

21 - генератор импульсов;

22 - сумматор;

23 - выходные смесители;

24 - фазовращатель.

Предлагаемое устройство содержит m параллельных каналов, одинаковых по построению.

Входом устройства является вход широкополосного фильтра 1, выход которого через блок усиления и преобразования 5 подключен к входным смесителям 14, выходы которых подключены к соответствующим входам коммутаторов 16 каждого из m каналов. Выход коммутатора 16 через последовательно соединенные узкополосный фильтр 6, канальный усилитель 7, регулируемый усилитель 10, безынерционный ограничитель 11, фазовращатель 12 подсоединен к выходному коммутатору 20. Выход канального усилителя 7 через последовательно соединенные амплитудный детектор 8, схему сравнения 9, пороговый элемент 17, ключ 18 подсоединен к схеме управления 19, выход которой подключен к управляющим входам входного 16 и выходного 20 коммутаторов. Выход амплитудного детектора 8 через схему выбора минимума 3 подключен к управляющему входу блока усиления и преобразования 5, а также к вычитающим входам схем сравнения 9, выход которых подключен к управляющему входу регулируемого усилителя 10. Выход гетеродинного блока 15 подключен к гетеродинным входам n входных 14 и n выходных 23 смесителей. Выход генератора импульсов 21 подключен ко входу ключа 18 каждого из m каналов.

Выходы коммутаторов 20 через соответствующие последовательно соединенные сумматор 22, выходной смеситель 23, фазовращатель 24 подключены ко входам сумматора 2, выход которого через безынерционный ограничитель 3 подключен к широкополосному выходному фильтру 4, выход которого является выходом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Схема управления 19 может находиться в n устойчивых состояниях. Если схема управления 19 находится в первом состоянии и ключ 18 закрыт, то на ее выходе появится сигнал, при котором входной коммутатор 16 подключит канал к первому из n входных смесителей 14, а выходной коммутатор 20 подключит выход канала к первому из n выходных смесителей 23. Если ключ 18 открыт, то каждый импульс от генератора импульсов 21 переводит схему управления 19 в следующее устойчивое положение, при котором входной 16 и выходной 20 коммутаторы подключат вход и выход канала, соответственно, к следующим входному 14 и выходному 23 смесителям. В качестве управляющих импульсов могут использоваться униполярные импульсы, следующие с интервалом ₀, длительность которого выбирается больше времени установления переходных процессов в канале при переключении его от одних смесителей к другим. С приходом n-го управляющего импульса схема управления 19 подключает канал к первым входному 14 и выходному 23 смесителям.

Предположим, что при включении радиоприемного устройства схемы управления 19 во всех каналах находятся в первом устойчивом состоянии (что не является принципиальным) и ключ 18 закрыт. Это означает, что все каналы устройства подавления помех подключены к первым входному 14 и выходному 23 смесителям.

На выходах амплитудных детекторов 8 начнут устанавливаться напряжения, пропорциональные суммарным уровням сигнала и помех, попавших в полосы пропускания каналов с выхода блока усиления и преобразования входных сигналов 5. Схема выбора минимума 13 выбирает минимальное из напряжений на выходах детекторов 8. Это напряжение в качестве напряжения АРУ поступает на управляющий вход блока усиления и преобразования входных сигналов 5, а также поступает на вычитающие входы схем сравнения 9, в которых оно вычитается из напряжений, поступающих с выходов соответствующих детекторов.

Полученные разностные напряжения с выходов схем сравнения 9, поступают на управляющие входы соответствующих регулируемых усилителей 10, коэффициенты усиления которых уменьшаются с ростом этих напряжений.

Параметры регулируемого усилителя 10 подбираются таким образом, чтобы его коэффициент усиления уменьшался в большей степени, чем растет напряжение на выходе соответствующего узкополосного фильтра 6. В этом случае наибольший сигнал будет на выходе канала с минимальным уровнем помех.

Разностное напряжение с выхода схемы сравнения 9 поступает также на вход порогового элемента 17. Если величина разностного напряжения меньше уровня порога, то на выходе порогового элемента 17 формируется сигнал, запирающий ключ 18. В этом случае импульсы с выхода генератора импульсов 21 не поступают на вход схемы управления 19 и канал остается подключенным к первым входному 14 и выходному 23 смесителям. Если величина разностного напряжения окажется больше уровня порога, то на выходе порогового элемента 17 формируется сигнал, отпирающий ключ 18. В этом случае управляющие импульсы генератора импульсов 21 переводят схему управления 19 в следующее устойчивое состояние, т.е. канал окажется подключенным ко вторым входному 14 и выходному 23 смесителям.

Таким образом, после включения приемного устройства, каналы, уровень помех в которых не превышает заданную величину, остаются подключенными к первым входным 14 и выходным 23 смесителям. Каналы, уровень помех в которых превышает заданную величину, последовательно подключаются схемой управления 19 к следующим смесителям до тех пор, пока величина разностного напряжения не окажется меньше порога. Если схема управления 19 перейдет в n-ое устойчивое положение и уровень помех в канале будет выше допустимого, то канал будет подключен к первым смесителям.

Сигналы с выходов n смесителей через фазовращатели 23 поступают на вход сумматора 2, а затем через безынерционный ограничитель 3 и широкополосный фильтр 4 поступают на выход устройства.

Таким образом, в любой момент времени часть каналов устройства используется для выделения сигнала из помех, а другая часть будет последовательно подключаться то к одним, то к другим смесителям для анализа помеховой обстановки в участках спектра частот сигнала, соответствующих этим смесителям.

Работа устройства иллюстрируется фиг.3. Фиг.3а отображает расположение мощных сосредоточенных помех (вертикальные линии) в полосе полезного сигнала, ограниченного частотами _н и _в на выходе первого входного смесителя, а фиг.3б и 3в показывают смесь сигнала и помех на выходе второго и третьего входных смесителей.

При таком расположении помех из 21 канала устройства подавления помех, построенного традиционным способом, свободными от помех окажутся только 6 каналов (фиг.3г).

Если на входе приемного устройства установить предлагаемое устройство подавления помех, то ту же эффективность выделения сигналов из помех могут обеспечить всего 7 каналов. Действительно, если в момент включения приемного устройства будут свободными от помех только 2 канала (фиг.3д), то через время ₀ включится уже 4 канала, (фиг.3е) через время 2₀ будет включено уже 6 каналов (фиг.3ж), а один из каналов будет периодически смещаться по отведенному для него участку спектра сигнала (фиг.3з). Тем самым, существенное уменьшение сложности устройства подавления помех не повлекло за собой потери эффективности выделения сигнала из помех.

При воздействии импульсных помех предлагаемое устройство работает также, как и устройство-прототип.

Введение новых элементов в каналах: входного и выходного коммутаторов, порогового элемента, ключа и схемы управления, а также общих n входных и n выходных смесителей, гетеродинного блока, генератора импульсов, n сумматоров и n фазовращателей выгодно отличает предлагаемое устройство от устройства-прототипа, т.к. поможет значительно упростить техническую реализацию устройства за счет уменьшения количества каналов при сохранении высокой эффективности выделения сигнала из помех.

В частности, рассмотренный пример показывает, что если узкополосные помехи поражают 71% каналов (15 из 21) устройства-прототипа (типичный случай для загруженного диапазона волн), то устройство, построенное по предлагаемой схеме и имеющее в 3 раза меньше каналов, позволяет так же эффективно выделять сигнал из помех, как и устройство-прототип.

Формула изобретения

Многоканальное устройство для выделения широкополосного сигнала из помех, содержащее последовательно включенные широкополосный входной фильтр и блок усиления и преобразования, блок выбора минимума, выход которого соединен с управляющим входом блока усиления и преобразования, последовательно включенные общий сумматор, ограничитель и широкополосный выходной фильтр, а также m параллельных каналов, содержащих последовательно включенные узкополосный фильтр, усилитель, регулируемый усилитель, ограничитель и фазовращатель, кроме того, детектор, включенный между выходом усилителя и одним из m входов блока выбора минимума, и блок сравнения, входы которого подключены к выходам детектора и блока выбора минимума, а выход соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона устройства, введены:

в каждый канал входной смеситель и входной коммутатор, последовательно включенные между выходом общего блока усиления и преобразования и входом канального узкополосного фильтра канала, причем m входов коммутатора соединены с m-1 выходами входных смесителей, выходной коммутатор, вход которого соединен с выходом фазовращателя, причем входы управления входного и выходного коммутаторов подключены к выходу блока управления, а также дополнительные последовательно соединенные сумматор, выходной смеситель и фазовращатель, выход которого подключен к одному из m входов общего сумматора, причем m входов дополнительного сумматора подключены к m выходам выходных канальных коммутаторов, другие объединенные входы входных и выходных смесителей соединены с m выходами общего блока гетеродинов, кроме того, пороговый блок и ключ, последовательно включенные между выходом блока сравнения и входом блока управления, причем сигнальный вход ключа подключен к выходу введенного генератора импульсов.

РИСУНКИ