Устройство для подавления импульсных помех

 

Изобретение относится к технике электрической связи и предназначено для использования в системах передачи дискретных и непрерывных сообщений по каналам с импульсными помехами. Техническим результатом его является повышение эффективности подавления импульсных помех и помехоустойчивости приема сообщений. Сущность изобретения: устройство защиты от импульсных помех, содержащее ограничитель с управляемым уровнем ограничения и формирователь уровня ограничения, подключенный к блоку измерения импульсной реакции канала, введены последовательно соединенные прямой преобразователь сигнала и первый согласованный фильтр, включенные между входом устройства и входом ограничителя, а также последовательно соединенные второй согласованный фильтр и обратный преобразователь сигнала, имеющие комплексно-сопряженные фазовые характеристики и включенные между выходом ограничителя и выходом всего устройства. Первые два из введенных блоков обеспечивают сжатие импульсов помехи и увеличение их амплитуды, благодаря чему эффективность подавления помехи в ограничителе увеличивается, а последние два блока обеспечивают устранение искажений, внесенных в полезный сигнал первыми двумя блоками. Проведенная экспериментальная проверка устройства показала, что оно обеспечивает повышение эффективности подавления импульсной помехи по сравнению с прототипом на 30 - 50%. 2 ил.

Изобретение относится к технике электрической связи и может быть использовано в системах передачи дискретных и непрерывных сообщений по каналам с импульсными помехами.

Известны устройства для подавления импульсных помех, содержащие последовательно соединенные с широкополосным линейным трактом ограничитель и узкополосный фильтр (схема ШОУ) (Финк Л. М. Теория передачи дискретных сообщений. М. Советское радио, 1970, с. 553 555; Кловский Д. Д. Теория передачи сигналов. М. Связь, 1973, с. 129).

Недостатком таких устройств является малая эффективность подавления импульсных помех при наличии сосредоточенных помех, а также при случайных изменениях амплитуды полезного сигнала в каналах с переменными параметрами, так как во избежание нелинейных искажений в этих условиях уровень ограничения приходится устанавливать достаточно высоким.

Известно также устройство защиты от импульсных помех, содержащее ограничитель с управляемым уровнем ограничения, последовательно соединенные блок измерения импульсной реакции канала, вход которого является входом устройства, и формирователь уровня ограничения, выход которого подключен к управляющему входу ограничителя с управляемым уровнем ограничения (авт. св. N 1131030).

Недостатком прототипа является малая эффективность подавления импульсных помех и, соответственно, низкая помехоустойчивость приема сообщений в условиях, когда пиковые значения полезного сигнала и помех отличаются незначительно, а поэтому ограничение не приводит к существенному уменьшению энергии помехи.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности подавления импульсных помех и помехоустойчивости приема сообщений.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство защиты от импульсных помех, содержащее ограничитель с управляемым порогом ограничения, последовательно соединенные блок измерения импульсной реакции канала, вход которого является входом устройства, и формирователь уровня ограничения, выход которого подключен к управляющему входу ограничителя с управляемым порогом ограничения, введены последовательно соединенные прямой преобразователь сигнала, фаза выходного сигнала которого пропорциональна мгновенной мощности его входного сигнала, и первый согласованный фильтр, включенные между входом устройства подавления импульсных помех и входом ограничителя, а также последовательно соединенные второй согласованный фильтр и обратный преобразователь сигнала, фаза выходного сигнала которого пропорциональна мгновенной мощности его входного сигнала, включенные между выходом ограничителя с управляемым порогом ограничения и выходом устройства для подавления импульсных помех. Обратный преобразователь сигнала и второй согласованный фильтр имеют фазовые характеристики, комплексно сопряженные с фазовыми характеристиками прямого преобразователя сигнала и первого согласованного фильтра соответственно.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для подавления импульсных помех.

Устройство содержит последовательно соединенные прямой преобразователь сигнала 1, первый согласованный фильтр 2, ограничитель с управляемым уровнем ограничения 3, второй согласованный фильтр 4, обратный преобразователь сигнала 5, а также последовательно соединенные между собой блок измерения импульсной реакции канала 6, вход которого соединен с входом устройства, и формирователь уровня ограничения 7, выход которого подключен к управляющему входу ограничителя с управляемым уровнем ограничения 3.

Устройство работает следующим образом.

С выхода канала связи после усиления до уровня, обеспечивающего нормальную работу устройства, на его вход поступает принятая смесь полезного сигнала с импульсной помехой. В целях наибольшей общности будем считать, что принимаемый сигнал представляет собой высокочастотное модулированное колебание и описывается комплексной огибающей а импульсная помеха имеет комплексную огибающую . Тогда комплексная огибающая поступающей на вход устройства смеси полезного сигнала с импульсной помехой имеет вид Прямой преобразователь сигнала 1 является нелинейным элементом и на его выходе формируется колебание, в котором сохраняется закон изменения комплексной огибающей z(t), содержащий переносимое сигналом s(t) сообщение, и который дополнительно нелинейно промодулирован смесью (1) по фазе, то есть имеет комплексную огибающую где изменение фазы, постоянный коэффициент, комплексный коэффициент передачи прямого преобразователя сигнала, зависящий от квадрата амплитуды смеси Благодаря зависимости фазы колебания с комплексной огибающей (2) от квадрата амплитуды (мгновенной мощности) входной смеси результат преобразования оказывается существенно разным на временных интервалах, где присутствуют и отсутствуют импульсы помехи. Поскольку у импульса помехи амплитуда больше, чем у сигнала, то на интервалах времени, на которых сигнал поражен импульсной помехой, набег фазы (t) согласно (3) получается намного большим, чем на тех интервалах, где помехи нет. Вследствие модуляции по фазе каждый импульс помехи приобретает и значительное изменение мгновенной частоты, пропорциональное производной мгновенной мощности импульсной помехи,
в то время, как мгновенная частота сигнала на интервалах, где нет помехи, изменяется гораздо меньше.

Колебание с комплексной огибающей вида (2) с выхода прямого преобразователя сигнала 1 поступает на первый согласованный фильтр 2, основным назначением которого является сжатие импульсов помехи. Наибольшее сжатие обеспечивает фильтр, согласованный с комплексной огибающей импульсной помехи, преобразованной в блоке 1, как по модулю, так и по фазе, однако в целях наибольшей простоты обратного преобразования и универсальности в данном устройстве выбран фильтр, согласованный только по фазе и имеющий импульсную характеристику

где b, t_о постоянные параметры.

Параметр b выбирается таким, чтобы в среднем для реализаций импульсной помехи выполнялось равенство

где (t) определено (5). Параметр t_о представляет собой задержку, вносимую согласованным фильтром.

Эффект сжатия частотно-модулированных импульсов в согласованных фильтрах известен и широко используется в радиолокации и радиотехнике.

В результате прохождения через согласованный фильтр 2 импульсы помехи становятся более узкими и увеличиваются по амплитуде, а отрезки сигнала, свободные от импульсов помехи, почти не изменяются, как это показано на временных диаграммах (фиг. 2, а, б). Таким образом, сравнительно малое первоначально различие между сигналом и помехой по амплитуде за счет преобразования смеси сигнала и помехи в блоках 1 и 2 значительно увеличивается, и благодаря этому создаются более благоприятные условия для подавления импульсов помехи в ограничителе 3.

Преобразованная таким образом смесь сигнала с помехой с выхода блока 2 поступает на ограничитель 3 с управляемым уровнем ограничения, обеспечивающий подавление импульсов, превышающих установленный уровень U_огр. Его установка осуществляется по результату измерения импульсной реакции канала, осуществляемого блоком 6, с помощью подключенного к нему формирователя уровня ограничения 7, который вырабатывает соответствующий сигнал, поступающий на управляющий вход ограничителя 3. В зависимости от вида канала, передаваемых сообщений и типа используемых сигналов измерение импульсной реакции канала и установка уровня ограничения могут осуществляться периодически, по специальным испытательным импульсам, посылаемым в паузах сообщения, или непосредственно по рабочим посылкам.

В результате ограничения получается сигнал показанный на фиг. 2, б не заштрихованным. Благодаря описанному выше сжатию импульсов помехи в первом согласованном фильтре 2 эффективность ограничения значительно повышается по сравнению с прототипом, так как остающаяся после ограничения площадь (а следовательно, и мощность) импульсной помехи, как ясно из сравнения диаграмм "а" и "б" на фиг. 2, уменьшается.

Для устранения искажений, внесенных в сигнал блоками 1 и 2, к выходу ограничителя 3 подключаются последовательно соединенные второй согласованный фильтр 4 и обратный преобразователь сигнала 5 с характеристиками, обратными (в данном случае комплексно-сопряженными) по отношению к характеристикам блоков 1 и 2


С учетом возможностей современной элементной базы предлагаемое устройство наиболее просто реализуется в цифровой форме. При реализации в аналоговой форме в качестве согласованных фильтров целесообразно использовать фильтры на поверхностных акустических волнах. Для реализации прямого преобразователя сигнала можно использовать известные фазовый модулятор и квадратичный детектор, высокочастотные входы которых соединены параллельно, а выход квадратичного детектора подключен к низкочастотному входу фазового модулятора. При изменении полярности указанного подключения будет реализован обратный преобразователь сигнала. Ограничитель, формирователь уровня ограничения и блок измерения импульсной реакции канала также реализуются на основе известных радиотехнических схем.

Проведенная экспериментальная проверка предлагаемого устройства показала, что оно обеспечивает повышение эффективности подавления импульсной помехи по сравнению с прототипом на 30 50%

Формула изобретения

Устройство для подавления импульсных помех, содержащее ограничитель с управляемым уровнем ограничения, последовательно соединенные блок измерения импульсной реакции канала, вход которого является входом устройства для подавления импульсных помех, и формирователь уровня ограничения, выход которого подключен к управляющему входу ограничителя с управлением уровнем ограничения, отличающееся тем, что между входом устройства для подавления импульсных помех и входом ограничителя с управляемым уровнем ограничения включены последовательно соединенные прямой преобразователь сигнала, фаза выходного сигнала которого пропорциональна мгновенной мощности его входного сигнала, и первый согласованный фильтр, к выходу ограничителя с управляемым уровнем ограничения подключены последовательно соединенные второй согласованный фильтр, имеющий фазовую характреристику, комплексно-сопряженную с фазовой характеристикой первого согласованного фильтра, и обратный преобразователь сигнала, фаза выходного сигнала которого пропорциональна мгновенной мощности его входного сигнала и выход является выходом устройства для подавления импульсных помех.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2