Устройство подавления широкополосных помех

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для подавления помех в системах связи с кодовым разделением каналов, а также в радиолокационных системах. В устройстве осуществляется формирование оценки широкополосной помехи с использованием прямого и обратного преобразования Фурье с последующей режекцией широкополосной помехи из входной смеси. При этом степень подавления широкополосной помехи не снижается при увеличении области неопределенности сигнала по частоте и расширении полосы спектра широкополосной помехи. Устройство содержит элементы задержки (1,10,13,14), перемножители ( 2,4), режекторный фильтр (3), блоки прямого (5) и обратного (6) преобразования Фурье, ограничитель (7), блок синхронизации (8) и генератор (9) тактовых импульсов, вычитатель (11), усилитель - ограничитель (12). 5 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи c кодовым разделением каналов, а также в радиолокационных системах.

Известны устройства подавления широкополосных помех, описанные в патентах RU 2020762, Н 04 В 1/10 и 2000666, Н 04 В 1/10, общим недостатком которых является малая степень подавления широкополосных помех.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство, описанное в а.с. 1688416, Н 04 В 1/10, которое выбрано в качестве прототипа.

Структурная cхема прототипа приведена на фиг.1, где использованы следующие обозначения: 1 - первый перемножитель; 2 - генератор псевдослучайной последовательности (ПСП), состоящий из генератора тактовых импульсов 2₁ и сдвигового регистра c обратными связями 2₂; 3 - второй перемножитель; 4 - режекторный фильтр; 5 - вычитатель; 6 - первый аттенюатор; 7,8 и 12 - первый, второй и третий элементы задержки; 9 - полосовой фильтр; 10 - ключ;
11 - второй аттенюатор;
13 - блок сравнения с порогом.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные первый перемножитель 1, режекторный фильтр 4 и второй перемножитель 3, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки 8, вход которого соединен со вторым входом первого перемножителя 1 и выходом генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) 2, состоящего из последовательно соединенных сдвигового регистра с обратными связями 2₂ и генератора тактовых импульсов 2₁; выход второго перемножителя 3 соединен с N частотными каналами, каждый из которых состоит из полосового фильтра 9, выход которого через блок сравнения с порогом 13 соединен с управляющим входом ключа 10 и также соединен с сигнальным входом ключа 10, выход которого через последовательно соединенные второй аттенюатор 11 и третий элемент задержки 12 соединен c одним из N входов вычитателя 5, выход которого является выходом устройства; последовательно соединенные первый аттенюатор 6 и первый элемент задержки 7 соединены с (N+1)-м входом вычитателя 5, при этом вход первого аттенюатора 6 соединен с первым входом первого перемножителя 1 и также является входом устройства.

Устройство-прототип работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный сигнал и широкополосную (или узкополосную) помеху поступает на (N+1)-й вход блока 5 через последовательно соединенные блоки 6 и 7.

Одновременно входная смесь поступает на блок 1, где за счет перемножения с синхронным опорным сигналом блока 2 полезный широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который редактируется в блоке 4. В то же время широкополосная помеха в блоке 1 получает дополнительную манипуляцию опорным сигналом блока 2, которая затем снимается в блоке 3 за счет перемножения с тем же опорным сигналом, при этом часть расширенного спектра помехи режектируется в блоке 4.

То есть полезный сигнал на выход блока 3 не проходит, а на широкополосную (или узкополосную) помеху в блоке 1 накладывается дополнительная манипуляция широкополосным опорным сигналом блока 2, который затем снимается за счет повторного перемножения расширенного спектра помехи с тем же опорным сигналом, который подается от блока 2 через блок 8, в результате чего широкополосная помеха восстанавливается и подается на входы N частотных каналов, каждый из которых открывается в том случае, если уровень помехи превышает допустимое значение (порог).

В блоке 5 из входной смеси, поступающей по его (N+1)-му входу, вычитаются только узкополосные помехи, которые прошли через открытые частотные каналы. Таким образом на выход блока 5 проходит сигнал, а узкополосные помехи подавляются. При воздействии мощной широкополосной помехи все N частотные каналы открываются, происходит компенсация широкополосной помехи.

Недостатком прототипа является низкая помехоустойчивость к широкополосным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, режекторный фильтр и второй перемножитель, первый, второй и третий элементы задержки, вычитатель и генератор тактовых импульсов введены последовательно соединенные ограничитель, четвертый элемент задержки, блок прямого преобразования Фурье, блок обратного преобразования Фурье и усилитель-ограничитель, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя и через третий элемент задержки - с опорным входом второго перемножителя, выход которого является выходом устройства. При этом выход ограничителя через второй элемент задержки соединен с первым входом вычитателя, а также выход ограничителя соединен со вторым входом вычитателя, выход которого соединен с сигнальным входом блока синхронизации тактовых импульсов, опорный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход блока синхронизации тактовых импульсов присоединен к опорным входам блока прямого преобразования Фурье и блока обратного преобразования Фурье. Кроме того, соединенные между собой входы ограничителя и первого элемента задержки также являются входом устройства.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где использованы следующие обозначения:
1,10,13 и 14 - первый, второй, третий и четвертый элементы задержки;
2 - первый перемножитель;
3 - режекторный фильтр;
4 - второй перемножитель,
5 - блок прямого преобразования Фурье;
6 - блок обратного преобразования Фурье;
7 - ограничитель;
8 - блок синхронизации тактовых импульсов;
9 - генератор тактовых импульсов;
11 - вычитатель;
12 - усилитель-ограничитель.

Заявляемое устройстве содержит последовательно соединенные первый элемент задержки 1, первый перемножитель 2, режекторный фильтр 3 и второй перемножитель 4, выход которого является выходом устройства; опорный вход второго перемножителя 4 соединен с выходом третьего элемента задержки 13, вход которого соединен с опорным входом первого перемножителя 2 и через усилитель-ограничитель 12 - с выходом блока обратного преобразования Фурье; вход первого элемента задержки 1 является также входом устройства и соединен со входом ограничителя 7, выход которого присоединен к последовательно соединенным четвертому элементу задержки 14, блоку прямого преобразования Фурье 5 и блоку обратного преобразования Фурье 6, опорный вход которого соединен с опорным входом блока прямого преобразования Фурье 5 и выходом блока синхронизации тактовых импульсов 8, опорный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 9, а сигнальный вход блока синхронизации 8 соединен с выходом вычитателя 11, первый вход которого соединен с выходом ограничителя 7 и второй вход вычитателя 11 через второй элемент задержки 10 соединен с выходом ограничителя 7 соответственно.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая мощную широкополосную фазоманипулированную периодическую помеху (далее по тексту широкополосную помеху) и слабый полезный сигнал (широкополосный или узкополосный), поступает через блок 1 на сигнальный вход блока 2, где перемножается с копией (оценкой) помехи, поступающей на опорный вход блока 2 с выхода блока 6 через блок 12. В результате перемножения мощная широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая редактируется в блоке 3 и поэтому не проходит на выход устройства. В то же время на полезный сигнал в блоке 2 накладывается манипуляция копий широкополосной помехи, которая затем снимается с полезного сигнала в блоке 4 за счет перемножения с той же копией широкополосной помехи, поступающей на опорный вход блока 4 и с выхода блока 6 через последовательно соединенные блоки 12 и 13.

Таким образом, на выход устройства широкополосная помеха не поступает, а полезный сигнал проходит практически без искажения в связи с тем, что часть спектра сигнала, отрежектированная блоком 3, пренебрежимо мала. Узость полосы режекции определяется тем, что блок 3 режектирует результат свертки двух коррелированных процессов широкополосной помехи и ее копии, при этом копия широкополосной помехи отличается от самой широкополосной помехи только начальной фазой.

Формирование копии широкополосной помехи производится следующим образом.

Входная смесь поступает на блок 7, где мощная широкополосная помеха подавляет слабый полезный сигнал, при этом нормируется уровень широкополосной помехи. С выхода блока 7 широкополосная помеха через блок 14 подается на блок 5, где она подвергается процедуре прямого преобразования Фурье, которая осуществляется с использованием тактовых импульсов, синхронных с широкополосной помехой, поступающих на опорный вход блока 5 от блока 8. С выхода блока 5 напряжение, характеризующее спектр широкополосной помехи, поступает на блок 6, где выполняется процедура обратного преобразования Фурье с использованием тех же тактовых импульсов, поступающих на опорный вход блока 6 от блока 8. На выходе блока 6 выделяется копия широкополосной помехи, синхронная с помехой во входной смеси, которая усиливается в блоке 12.

Выделение тактовых импульсов, синхронных с широкополосной помехой во входной смеси осуществляется следующим образом.

С выхода блока 7 широкополосная помеха постоянного уровня поступает на первый вход блока 11 непосредственно, а на второй его вход - через блок 10, величина задержки которого равна периоду Т широкополосной помехи. На выходе блока 11 выделяется радиоимпульс, длительностью Т, представляющий собой один период широкополосной помехи.

Выделение радиоимпульса широкополосной помехи поясняется фиг.3, где обозначено:
а) входная периодическая широкополосная помеха (при этом цифрами обозначены порядковые номера импульсов кодовой последовательности, число элементов которой с целью упрощения выбрано равным 4;
б) входная широкополосная помеха, задержанная на =Т;
в) выделенный радиоимпульс широкополосной помехи длительностью Т на выходе блока 11.

Выделенный радиоимпульс помехи поступает на сигнальный вход блока 8, на опорный вход которого подаются тактовые импульсы с выхода блока 9.

Структурная схема блока 8 приведена на фиг.4, где использованы следующие обозначения:
81 - коммутатор;
82₁, 82₂,... 82_N, 82_N-1 - элементы задержки;
83₁, 83₂,... 83_N - блок прямого преобразования Фурье;
84₁, 84₂,... 84_N - амплитудный детектор;
85 - решающий блок.

Блок 8 работает следующим образом.

Выделенный на выходе блока 11 радиоимпульс широкополосной помехи длительностью Т поступает одновременно на входы N каналов блока 8, в каждом из которых в блоке 83 выполняется процедура прямого преобразования Фурье, за счет чего на выходе каждого канала выделяется напряжение, характеризующее спектр помехи, которое поступает на блок 84, где выделяется огибающая спектра.

Напряжение с выходов блоков 84₁. .. 84_N поступают на входы блока 85. Тактовые импульсы, необходимые для выполнения процедуры прямого преобразования Фурье, подаются на блок 83₁ с опорного входа блока 8 непосредственно; на вход блока 83₂ - через блок 82₁ с задержкой на ₀ = Т/N; на блок 83₃ - через блок 82₂ с задержкой на 2 ₀ и так далее; на блок 83_N - через блок 82_(N-1) с задержкой на (N-1)₀, где N - число каналов блока 8, определяющие точность синхронизации.

Амплитуды огибающих спектров на выходах блоков 84₁84_N зависят от того, какая часть импульса широкополосной помехи, выделенная на выходе блока 11, перекрывается с временным интервалом Т_Ф, на котором выполняется процедура прямого преобразования Фурье, при этом Т_Ф=Т.

Сказанное поясняется фиг.5, где с целью упрощения выбрано N=4.

На фиг.5а) показан импульс широкополосной помехи на входе блока 8;
на фиг. 5б) - опорные тактовые импульсы, поступающие от блока 9 на опорный вход блока 8 (на блок 83₁);
на фиг. 5в), г) и д) - опорные тактовые импульсы, поступающие на входы блоков 83₂, 83₃ и 83₄, задержанные в блоках 82₁, 82₂ и 82₃ на ₀, 2₀, 3₀ соответственно. Заштрихованные части импульсов являются импульсами совпадения входного и опорного импульсов. Случаю синхронизации опорных тактовых импульсов с входной широкополосной помехой соответствует фиг.5д).

Блок 85 может быть выполнен в виде N блоков сравнения с порогом, на каждый из которых подается напряжение от соответствующего ему блока 84. Команды о превышении (непревышении) порогов подаются на соответствующие управляющие входы блока 81, на сигнальные входы которого подаются тактовые импульсы с опорного входа блока 8 непосредственно и через блоки 82₁,... 82_N-1. Блок 81 выполняется в виде N ключей, на управляющий вход которого из N ключей подается команда о превышении порога с соответствующего ему выхода блока 5, а на сигнальные входы ключей - тактовые импульсы непосредственно с опорного входа блока 8 и задержанные тактовые импульсы на время ₀, 2₀,...(N-1)₀ в блоках 82₁, 82₂,... 82_(N-1).

Эти же тактовые импульсы поступают на опорные входы каналов блоков 83₁, 83₂, . . . 83_N. На выход блока 81 проходят тактовые импульсы, поступающие на вход того канала, в котором в блоке 85 зафиксировано превышение порога, то есть тактовые импульсы, соответствующие максимальной огибающей спектра.

Блоки 5 и 83 могут быть выполнены в виде последовательно соединенных блока аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и процессора, при этом интервал дискретизации (Т_д) в АЦП выбирается равным временному интервалу, на котором осуществляются прямое и обратное преобразование Фурье (Т_ф). Таким образом Т_д=Т_ф=Т.

Блок 6 может быть выполнен в виде последовательно соединенных процессора и блока цифроаналогового преобразователя (ЦАП) (см. монография Ширмана Я.Д. и Манжоса В.К. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех, Москва, Радио и связь, 1981 г., стр.154-160; монография Голда Б. и Рабдера Ч. Цифровая обработка сигналов, Москва, Сов. радио, 1973 г., стр. 203-206; монография Водяхо А.И. и др. Системы обработки данных, Москва, Высшая школа, 1977 г., стр.63, рис.2.9).

Блоки 1, 13 и 14 являются регулируемыми при настройке, величины их подбираются таким образом, чтобы обеспечивалось выравнивание по времени широкополосной помехи и ее копии с учетом задержки в аппаратуре.

В прототипе при увеличении скорости передачи полезного сигнала, а также его частотной неопределенности увеличивается полоса режекции режекторного фильтра, что приводит к искажению формируемой копии широкополосной помехи, и, следовательно, к снижению степени ее подавления.

В предлагаемом устройстве копия помехи формируется за счет применения процедуры прямого и обратного преобразования Фурье над входной смесью, в которой подавлен полезный сигнал, с последующим использованием копии широкополосной помехи для режекции широкополосной помехи во входной смеси.

При такой обработке эффективность подавления широкополосной помехи не зависит от параметров полезного сигнала, а искажением полезного сигнала можно пренебречь в связи с чрезвычайной узостью полосы режекции режекторного фильтра.

Формула изобретения

Устройство подавления широкополосных помех, содержащее последовательно соединенные первый перемножитель, режекторный фильтр и второй перемножитель, а также первый, второй и третий элементы задержки, вычитатель и генератор тактовых импульсов, отличающееся тем, что введены последовательно соединенные ограничитель, четвертый элемент задержки, блок прямого преобразования Фурье, блок обратного преобразования Фурье и усилитель-ограничитель, выход которого соединен с опорным входом первого перемножителя и через третий элемент задержки с опорным входом второго перемножителя, выход которого является выходом устройства, при этом выход ограничителя через второй элемент задержки соединен с первым входом вычитателя, а также выход ограничителя соединен со вторым входом вычитателя, выход которого соединен с сигнальным входом блока синхронизации тактовых импульсов, опорный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход блока синхронизации тактовых импульсов присоединен к опорным входам блока прямого преобразования Фурье и блока обратного преобразования Фурье, кроме того, соединенные между собой входы ограничителя и первого элемента задержки также являются входом устройства, причем сигнал поступает через первый элемент задержки на сигнальный вход первого перемножителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5