Устройство подавления узкополосных помех для приемников широкополосных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами. Устройство подавления помех включает последовательно соединенные блок подавления помех большого уровня, блок режекции сигнала, блок режекции помех и вычитатель, другой вход которого подключен к выходу блока подавления помех большого уровня, при этом блок подавления помех большого уровня выполнен многоканальным и осуществляет также детектирование отфильтрованной входной смеси и сравнение выделенной огибающей с низким порогом. Изобретение обеспечивает режекцию узкополосных помех большого уровня и компенсацию помех малого уровня, при этом порог, используемый при обнаружении помех большого уровня, в К раз выше, чем порог, используемый при обнаружении помех малого уровня, где К - коэффициент, определяемый степенью подавления узкополосных помех за счет их компенсации. Технический результат - повышение помехоустойчивости. 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства подавления узкополосных помех, описанные в статье Бокка О. Ф. "Оптимальные характеристики фильтров БЗ от сосредоточенных по спектру помех", опубликованной в сборнике "Техника средств связи" серия "Техника радиосвязи", вып. 4, Москва, 1987 г., описанные в а.с. 1338078 и в патенте РФ 2034403, недостатком которых является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство по а.с. 1688416, Н 04 В 1/10, принятое за прототип.

Структурная схема прототипа приведена на фиг.1, где обозначено: 1 - первый перемножитель; 2 - оператор копии сигнала; 3 - второй перемножитель; 4 - режекторнай фильтр; 5 - второй фильтр; 6 - первый аттенюатор; 7 - вычитатель; 8 - первый элемент задержки; 9 - второй элемент задержки;
10₁10_N - первый фильтр;
11₁11_N - ключ;
12₁12_N - второй аттенюатор;
13₁13_N - третий элемент задержки;
14₁14_N - блок обнаружения помех;
15 - третий перемножитель;
16 - четвертый элемент задержки.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные первый перемножитель 1, первый вход которого является входом устройства, режекторный фильтр 4, второй перемножитель 3, выход которого соединен с N каналами, каждый из которых содержит последовательно соединенные первый фильтр 10₁, ключ 11₁, второй вход которого через блок обнаружения помех 14 соединен с тем же выходом первого фильтра 10, второй аттенюатор 12₁ и третий элемент задержки 13₁. Выходы N третьих элементов задержки 13 соединены со входами вычитателя 7, (N+1)-й вход которого через последовательно соединенные второй элемент задержки 9 и первый аттенюатор 6 соединен со входом устройства. Выход вычитателя 7 через третий перемножитель 15 и второй фильтр 5 соединен с выходом устройства. Выход генератора копии сигнала 2 соединен со вторым входом первого перемножителя 1 через первый элемент задержки 8 - со вторым входом второго перемножителя 3 и через четвертый элемент задержки 16 - со вторым входом третьего перемножителя 15.

Работает устройство-прототип следующим образом.

Входной широкополосный сигнал и помехи поступают на перемножитель 1, где перемножается с опорным сигналом, формируемым блоком 2, синхронным со входным широкополосным сигналом. За счет этого входной широкополосный сигнал сворачивается в узкополосный сигнал, который режектируется блоком 4, а узкополосная помеха "размазывается" в широкополосную помеху, которая через режекторный фильтр 4, вырезающий из нее часть спектра в полосе F (F - полоса свернутого полезного сигнала), поступает на блок 3, где перемножается с тем же опорным сигналом, поступающим от блока 2 через блок 8. В блоке 3 широкополосная помеха сворачивается в узкополосную помеху, которая подается на N каналы. В каждом канале узкополосная помеха фильтруется в блоке 10 в полосе частот (f - полоса спектра широкополосного сигнала), после чего подается на ключ 11, который открывается только в том случае, если в блоке 14 принято решение об обнаружении помехи в данном частотном канале.

Помеха, прошедшая через блоки 11, 12 и 13, поступает на один из входов вычитателя 7, где компенсирует помеху, поступающую на другой вход блока 7 со входа устройства через блоки 6 и 9. Так как по одному входу блока 7 поступает широкополосный сигнал и узкополосная помеха, а по другим - только узкополосная помеха, то помехи компенсируются, а широкополосный сигнал с выхода блока 7 поступает на вход блока 15, где перемножается с опорным сигналом, поступающим от блока 2 через блок 16, свернутый широкополосный сигнал через узкополосный фильтр 5, поступает на выход устройства.

На фиг.2 представлена укрупненная структурная схема прототипа, где блоки 1, 3, 4, 8 объединены в блок режекции сигнала 1, частотных каналов, каждый из которых содержит блоки 10-14, объединены в блок фильтрации помех 3. Блоки 6, 7, 9 объединены в блок вычитания 4, блоки 5, 15, 16 - в приемное устройство широкополосных сигналов 5.

Укрупненная структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг. 2, где обозначено:
1 - блок режекции сигнала;
2 - генератор копии сигнала;
3 - блок фильтрации помех;
4 - блок вычитания;
5 - приемное устройство широкополосного сигнала.

Устройство, представленное на фиг. 2, содержит последовательно соединенные блок режекции сигнала 1, блок фильтрации помех 3, блок вычитания 4 и приемное устройство широкополосных сигналов 5, при этом первый вход блока 1, соединенный с первым входом блока 4, является входом устройства, генератор копии сигнала 2, выход которого соединен со вторым входом блока 1 и другим входом блока 5.

Устройство, представленное на фиг.2, работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный сигнал и узкополосные помехи, подается на первый вход блока 4 непосредственно, а на второй его вход - через последовательно соединенные блоки 1 и 3. В блоке 1 из входной смеси с использованием опорного сигнала блока 2, поступающего на его второй вход, производится режекция полезного широкополосного сигнала, при этом на его выходе выделяются оценки узкополосных помех, которые подаются на блок 3. В блоке 3 осуществляется фильтрация оценок узкополосных помех в N частотных каналах, обнаружение узкополосных помех в каждом из каналов и подключение частотного канала, в котором обнаружены помехи, ко второму входу блока 4, за счет чего обеспечивается компенсация узкополосных помех их оценками, выделенными в блоке 3. Число частотных каналов определяется соотношением где f - полоса спектра полезного широкополосного сигнала, F- полоса пропускания одного частотного канала. С выхода блока 4 полезный широкополосный сигнал, в котором скомпенсированы узкополосные помехи, подается на блок 5, где осуществляется его корреляционная обработка с использованием опорного сигнала блока 2, поступающего на второй вход блока 5.

Недостатком прототипа является его низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее генератор копии сигналов и последовательно соединенные блок режекции сигнала, блок фильтрации помех и блок вычитания, первый вход которого соединен с первым входом блока режекции сигнала введены блок подавления помех большого уровня, первый вход которого является входом устройства, первый выход соединен с первым входом блока режекции сигнала, второй выход блока подавления помех большого уровня соединен с первым входом обнаружителя помех большого уровня, второй вход которого через формирователь высокого порога соединен с третьим выходом блока подавления помех большого уровня, четвертый выход которого присоединен ко второму входу блока управления коммутации каналов, первый вход которого соединен с выходом обнаружителя помех большого уровня. Причем первый выход блока управления коммутацией каналов соединен со вторым входом блока подавления помех большого уровня и со вторым входом блока коррекции опорного сигнала, первый вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала, а выход блока коррекции опорного сигнала соединен со вторым входом блока режекции сигнала.

Кроме того, второй выход блока управления коммутации каналов соединен со вторым входом блока фильтрации помех, а выход блока вычитания является выходом устройства.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.3, где обозначено:
1 - блок режекции сигнала;
2 - генератор копии сигнала;
3 - блок фильтрации помех;
4 - блок вычитания;
5 - блок коррекции опорного сигнала;
6 - блок подавления помех большого уровня;
7 - формирователь высокого порога;
8 - обнаружитель помех большого уровня;
9 - блок управления коммутацией каналов.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные блок режекции сигнала 1, блок фильтрации помех 3 и блок вычитания 4, выход которого является выходом устройства, а первый вход блока вычитания 4 соединен с первым входом блока режекции сигнала 1 и с первым выходом блока подавления помех большого уровня 6, второй выход которого соединен с первым входом обнаружителя помех большого уровня 6, а третий выход - через формирователь высокого порога 7 соединен со вторым входом обнаружителя помех большого уровня 8, выход которого соединен с первым входом блока управления коммутацией каналов 9, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока подавления помех большого уровня 6, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с первым выходом блока управления коммутацией каналов 9, второй выход которого присоединен ко второму входу блока фильтрации помех 3, а также второй вход блока подавления помех большого уровня 6 соединен со вторым входом блока коррекции опорного сигнала 5, первый вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала 2, а выход блока коррекции 5 соединен со вторым входом блока режекции сигнала соответственно.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входная смесь, содержащая полезный широкополосный сигнал и узкополосные помехи, подается на первый вход блока 6. Блок 6 содержит N частотных каналов, полоса пропускания каждого канала F определяется соотношением , где f - полоса спектра широкополосного полезного сигнала.

В каждом канале осуществляется детектирование отфильтрованной в полосе F входной смеси и сравнение выделенной огибающей напряжения с низким порогом. Команда о превышении (непревышении) низкого порога с четвертого выхода блока 6 подается на второй вход блока 9. Огибающая напряжения (продетектированное напряжение частотного канала) подается на первый вход блока 8 со второго выхода блока 6, а с третьего его выхода напряжение низкого порога подается на блок 7, где за счет его усиления формируется высокий порог, который подается на второй вход блока 8. В блоке 8 за счет сравнения огибающей напряжения каждого канала с высоким порогом осуществляется обнаружение помех большого уровня. Команда о превышении (непревышении) высокого порога с выхода блока 8 подается на первый вход блока 9. Блок 9 управляет коммутацией каналов блоков 6 и 5. С первого выхода блока 9 на второй вход блока 6 подается команда на запирание тех частотных каналов, огибающая напряжения которых превысила высокий порог, то есть частотных каналов, в которых обнаружены узкополосные помехи большого уровня.

С первого выхода блока 6 входная смесь, из которой исключены участки спектра шириной F, прореженные помехами большого уровня, поступает на первый вход блока 1, на второй вход которого подается опорный широкополосный сигнал, формируемый блоком 2 и корректируемый в блоке 5 по командам блока 9. Коррекция опорного сигнала заключается в том, что в блоке 5 режектируются те его участки спектра, которые соответствуют участкам спектра входной смеси, режектируемым в блоке 6, за счет чего обеспечивается согласование входного и опорного сигналов на входах блока 1, что обеспечивает эффективную режекцию полезного широкополосного сигнала в блоке 3 при изменяющейся помеховой обстановке. Блок 1 полностью аналогичен блоку 1 прототипа. В нем за счет перемножения синхронных входного и опорного широкополосных сигналов осуществляется свертка полезного широкополосного сигнала в узкополосный сигнал, который режектируется и не проходит на выход блока 1. В то же время на узкополосные помехи в блоке 1 накладывается манипуляция опорным сигналом, которая затем снимается за счет повторного перемножения с тем же опорным сигналом, в результате чего узкополосные помехи проходят на выход блока 1 практически без искажения.

С выхода блока 1 сформированные оценки узкополосных помех подаются на блок 3, состоящий из N частотных каналов (аналогичных каналам блока 6), которые запираются по командам блока 9 в том случае, если низкий порог в блоке 6 превышен, а высокий порог в блоке 8 не превышен. Таким образом на первый вход блока и от блока 6 поступает входная смесь, в которой исключена (за счет запирания соответствующих каналов) участки спектра, пораженные помехами большого уровня, а на второй его вход от блока 5 поступают оценки узкополосных помех, превысивших низкий порог. В блоке 4 осуществляется компенсация узкополосных помех малого уровня (превысивших низкий порог), на выходе его выделяется полезный широкополосный сигнал, в котором отрежектированы узкополосные помехи большого уровня и скомпенсированы помехи малого уровня.

Структурная схема блока 6 приведена на фиг.4, где обозначено:
61₁ - полосовой фильтр;
62₁ - амплитудный детектор;
63₁- ключ;
64₁- аттенюатор;
65₁- фазовращатель;
66₁- блок сравнения с низким порогом;
67₁- формирователь порога;
68 - сумматор.

Блок 6 содержит N частотных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных блоков 61, 63, 64, 65, выход блока 65 каждого из каналов соединен с соответствующим входом блока 66. Входы блоков 61 N каналов объединены и являются входом блока 6. В каждом канале выход блока 61 через блок 62 соединен с блоком 66, при этом выход блока 62 каждого канала является третьим выходом блока 6, а выход блока 66 является четвертым выходом блока 9. Выход блока 67 соединен с другим входом блока 66 и является вторым выходом.

В каждом канале сигнал фильтруется в блоке 61, а блоки 64 и 65 используются для выравнивания по амплитуде и фазе сигналов N каналов. Управление ключом 63 осуществляет блок 9. С выхода блока 61 напряжение поступает на блок 62, где за счет его амплитудного детектирования выделяется огибающая напряжения, которая в блоке 66 сравнивается с низким порогом 11₁, формируемым в блоке 67. Напряжения с выходов блоков 62, 66, 67 подаются на выходы каждого канала, являющиеся выходами блока 6.

Структурная схема блока 5 приведена на фиг.6, где обозначено:
51₁ - полосовой фильтр;
52₁ - ключ;
53₁ - аттенюатор;
54₁ - фазовращатель;
55 - сумматор.

Блок 5 содержит N частотных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные блоки 51, 52, 53 и 54, входы каналов объединены и являются входом блока 5, выходы каналов соединены каждый с соответствующим входом блока 55, выход которого является выходом блока 5.

Блок 5 работает следующим образом. В каждом из N частотных каналов входной сигнал (опорный сигнал блока 2) фильтруется в блоке 51, полоса пропускания которого выбирается равной полосе пропускания блока 61 (блока 6), отфильтрованный сигнал через ключ 52 (управляемый командами, поступающими от блока 9), блоки 53 и 54, обеспечивающие выравнивание сигналов N каналов по амплитуде и фазе, подается на блок 55, где происходит суммирование сигналов N каналов.

Блоки 5154 блока 5, аналогичны блокам 61, 63, 64, 65 блока 6. Одновременное запирание ключей 52 и 63 (фиг.4) по командам блока 9, обеспечивает согласование входного широкополосного сигнала, поступающего на первый вход блока 1, с выхода блока 6 с опорным широкополосным сигналом, поступающим на второй вход блока 1 от блока 5, так как при вырезании участков спектра широкополосного сигнала, осуществляется вырезание соответствующих участков спектра в опорном сигнале, что обеспечивает оптимальную обработку в блоке 1.

Структурная схема блока 9 приведена на фиг.5, где использованы следующие обозначения:
91, 92 - первый и второй инверторы;
93 - элемент "И".

Блок 9 содержит N каналов, каждый из которых состоит из первого инвертора 91, последовательно соединенных второго инвертора 92 и элемента "И" 93, при этом 1-ый вход канала соединен со входами блоков 91 и 92, 2-ой вход канала соединен с другим выходом блока 93, выход которого является первым выходом канала, а выход блока 91 является вторым выходом канала.

Блок 9 работает следующим образом. На первый вход каждого канала поступает команда об обнаружении помехи большого уровня (K_б) от блока 8 (фиг.3), которая, инвертируясь в блоке 91, со второго выхода канала подается на блоки 5 и 6 (фиг.3). Если высокий порог превышен (команда K_б принимает значение "1"), то на выходе 2 формируется команда "0", которая запирает соответствующие частотные каналы в блоках 5 и 6. Если высокий порог не превышен, на выходе блока 8 формируется команда "0", которая, инвертируясь в блоке 91, формирует команду "1", которая открывает соответствующие данному каналу блока 9 каналы блоков 5 и 6 (фиг.3). Одновременно команда K_б, поступающая на первый вход канала через блок 92, подается на первый вход блока 93, на второй вход которого подается команда о превышении (непревышении) низкого (K_н) порога от блока 6 (фиг.3). Если низкий порог превышен, команда K_н принимает значение "1", a высокий порог не превышен (K_б) принимает значение "0", которая инвертируясь в блоке 92 поступает на первый вход блока 93 в виде команды "1"), на выходе блока 93 формируется команда "1", которая с выхода 1 подается на блок 3, где отпирает соответствующий частотный канал, обеспечивая компенсацию соответствующей узкополоcной помехи и в блоке 4. Если K_б принимает значение "1", то на второй вход блока 93 она поступает в виде команды "0", поэтому при любом значении команды K_н, на выходе блока 93 формируется команда "0", которая запирает соответствующий частотный канал блока 3.

Блок 7 представляет из себя N каналов, каждый из которых содержит усилитель постоянного напряжения, обеспечивающий усиление напряжения низкого порога блока 67 в К раз, за счет чего на выходах блока 7 (шина из N проводов) формируются напряжения высокого порога.

Блок 8 представляет собой N каналов, в каждом канале осуществляется сравнение огибающей напряжения, поступающей от блока 62 (блок 6) с высоким порогом, поступающим от блока 7.

На второй вход блока 8 поступают напряжения высокого порога (шина из N проводов) от блока 7, на первый вход блока 8 поступают огибающие напряжения частотных каналов (шина из N проводов) от блока 6. На выходе блока 6 (шина из N проводов) формируются команды о превышении высокого порога в частотных каналах.

В прототипе обеспечивается компенсация узкополосных помех, превысивших порог, при этом степень подавления, достигаемая при компенсации, составляет (2040) дБ. При воздействии узкополосных помех большого уровня, превышающих уровень полезного сигнала на (6080) дБ, устройство-прототип не обеспечивает необходимую степень их подавления, обеспечивающую работоспособность приемника полезного широкополосного сигнала.

В предлагаемом устройстве узкополосные помехи большого уровня редактируются за счет запирания пораженных ими частотных каналов, а помехи малого уровня компенсируются. При этом обнаружение помех большого уровня производится за счет сравнения его с высоким порогом, который выбирается в К раз выше, чем уровень низкого порога, используемого при обнаружении помех малого уровня, где К - коэффициент, определяемый степенью подавления помех за счет их компенсации.

Таким образом помехоустойчивость предлагаемого устройства значительно выше, чем у прототипа, так как оно обеспечивает возможность подавления узкополосных помех практически любого уровня.

Формула изобретения

Устройство подавления узкополосных помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее генератор копии сигналов и последовательно соединенные блок режекции сигнала, блок фильтрации помех и блок вычитания, первый вход которого соединен с первым входом блока режекции сигнала, отличающееся тем, что введены блок подавления помех большого уровня, первый вход которого является входом устройства, первый выход соединен с первым входом блока режекции сигнала, второй выход блока подавления помех большего уровня соединен с первым входом обнаружителя помех большего уровня, второй вход которого через формирователь высокого порога соединен с третьим выходом блока подавления помех большего уровня, четвертый выход которого присоединен к второму входу блока управления коммутации каналов, первый вход которого соединен с выходом обнаружителя помех большого уровня, причем первый вход блока управления коммутацией каналов соединен с вторым входом блока подавления помех большего уровня и с вторым входом блока коррекции опорного сигнала, первый вход которого соединен с выходом генератора копии сигнала, а выход блока коррекции опорного сигнала соединен с вторым входом блока режекции сигнала, кроме того, второй выход блока управления коммутацией каналов соединен с вторым входом блока фильтрации помех, а выход блока вычитания является выходом устройства, при этом блок подавления помех высокого уровня выполнен содержащим N частотных каналов, в каждом из которых осуществляется детектирование отфильтрованной входной смеси и формирование соответствующего сигнала на втором выходе и сравнение выделенной огибающей с низким порогом и формирование соответствующего сигнала на третьем выходе, а блок управления коммутацией каналов содержит N каналов, каждый из которых состоит из первого инвертора, последовательно соединенных второго инвертора и элемента И, при этом первый вход канала соединен с входами первого и второго инверторов, а второй вход канала соединен с другим входом элемента И, выход которого является первым выходом канала, вторым выходом которого является выход первого инвертора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6