РЕЖЕКТОР ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ

Режектор импульсных помех предназначен для использования в технике связи, в частности, в условиях воздействия внешних импульсных помех.
Известны устройства защиты от импульсных помех, например, по а.с. СССР №418984 по кл. HO4B 1/10, и описанные в кН. «Защита от радиопомех» под ред. Максимова М.В., М., "Сов.радио", 1976, с.187-197. Рис.5.4.
Устройства содержат импульсные детекторы, формирователи управляющих импульсов, блоки прерывания, либо регулировки усиления. При появлении импульсной помехи тракт прохождения полезного сигнала либо разрывается, либо его коэффициент передачи резко понижается. Основным недостатком устройств является значительный уровень шумов на выходе устройства в интервале времени присутствия импульсной помехи.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство защиты от импульсных помех по а.с. №788393 МКИ HO4B 1/10.
Устройство содержит элемент задержки, прерыватель, усилитель мощности, выполненный в виде синхронизируемого управляемого автогенератора, усилитель-ограничитель с АРУ, импульсный детектор и формирователь импульсов. Устройство предназначено только для использования в системах связи с частотной и фазовой модуляцией. Автогенератор синхронизируется частотой входного сигнала и отслеживает ее. На время присутствия помехового импульса цепь прохождения полезного сигнала разрывается, вместо него на вход устройства подается сигнал автогенератора с частотой, равной частоте полезного сигнала в момент прерывания. Основные недостатки устройства прототипа заключаются в следующем:
1. Устройство предназначено для работы в основном при частотной и фазовой модуляции полезного сигнала. В других случаях автогенератор либо не будет функционировать, либо будет настраиваться только на центральную частоту всего спектра сигнала. При этом возможны значительные отличия мгновенных значений реального сигнала и сигнала автогенератора, используемого в качестве его замены.
2. С помощью устройства-прототипа невозможно защищаться от импульсных помех, длительность которых больше интервала временной корреляции передаваемого сообщения, определяемого шириной полосы спектра группового сигнала. В этом случае различия между реальным сигналом и копией столь значительны, что его замена вообще не приносит выигрыша по сравнению со случаем, когда тракт полезного сигнала просто размыкается на время помехи. Для того чтобы этого не происходило, длительность стробируемого импульса должна быть в несколько раз меньше интервала корреляции передаваемого сообщения.
Таким образом, известное устройство обладает относительно узким диапазоном возможных условий применения и не обеспечивает требуемой помехоустойчивости в более широком диапазоне условий помеховой обстановки, а также при использовании прочих видов модуляции.
Задачей данной полезной модели является повышение помехоустойчивости радиосвязи при воздействии импульсных помех.
Поставленная задача решается тем, что в режектор импульсных помех, содержащий линию задержки, усилитель-ограничитель с АРУ, импульсный детектор и формирователь импульсов, введены сумматор, m-1 полосовых фильтров, m-1 вычитателей и m блоков фиксации, причем каждый из блоков фиксации состоит из смесителя, элемента памяти, однополосного модулятора и гетеродина, при этом вход режектора импульсных помех соединен со входами линии задержки и усилителя-ограничителя с АРУ, выход которого через последовательно соединенные импульсный детектор и формирователь импульсов подключен к управляющим входам всех блоков фиксации, а их выходы - ко входам сумматора, выход которого является выходом режектора, выход линии задержки соединен со входом цепи m-1 последовательно соединенных вычитателей и через один из полосовых фильтров со вторым входом первого вычитателя и с сигнальным входом одного из блоков фиксации, выход последнего из m-1 вычитателей подключен к сигнальному входу последнего блока фиксации, а выход каждого из цепи остальных вычитателей через соответствующий полосовый фильтр соединен со вторым входом последующего вычитателя и с сигнальным входом одного из блоков фиксации, каждый блок фиксации выполнен в виде последовательно соединенных смесителя, элемента памяти и однополосного модулятора, вход смесителя является сигнальным входом блока фиксации, выход однополосного модулятора является выходом блока фиксации, управляющий вход блока фиксации соединен с управляющим входом элемента памяти, а выход гетеродина подключен к другим входам смесителя и однополосного модулятора.
На чертежах представлены структурная схема режектора импульсных помех (фиг.1) и эпюры, поясняющие принципы его работы (фиг.2).
На чертеже (фиг.1) обозначены: усилитель-ограничитель с АРУ 1, импульсный детектор 2, формирователь импульсов 3, линия задержки 4, полосовые фильтры 5-7, вычитатели 8-10, сумматор 11, блоки фиксации 12-15, гетеродин 16, смеситель 17, элемент памяти 18, однополосный модулятор 19.
На чертеже (фиг.2) обозначены: спектр полезного сигнала 1; АЧХ полосовых фильтров 2; частоты гетеродинов 3 на частотной оси; взаиморасположение частоты гетеродинов 3 на частотной оси; взаиморасположение частоты первого гетеродина и первого полосного фильтра 4; взаиморасположение частоты второго гетеродина и второго полосового фильтра 5; взаиморасположение 6 частоты гетеродина под номером m и результирующий АЧХ тракта после вычитания из входного сигнала выходных сигналов всех m-1 полосовых фильтров.
Блоки режектора импульсных помех работают следующим образом.
Усилитель-ограничитель с АРУ 1 усиливает исходные колебания, при этом автоматическая регулировка отрабатывает только относительно медленные изменения уровня полезного сигнала и нечувствительна к импульсным помехам с быстро изменяющейся огибающей. Уровень полезного сигнала на выходе этого усилителя постоянен. Импульсный детектор 2 детектирует огибающую суммы помеховой и полезной компонент таким образом, что на его выходе появляется импульсное напряжение во время прихода радиоимпульса на входе устройства, формирователь импульса 3 вырабатывает управляющий импульс, равный по длительности входному радиоимпульсу помехи. Линия задержки 4 компенсирует потери времени из-за задержки сигнала в блоках 1-3. Полосовые фильтры 5-7 имеют одинаковую ширину полосы спектра. Их полосы пропускания расположены подряд таким образом, что перекрывают весь спектр полезного сигнала. В вычитателях 8-10 образуются разность между выходным сигналом предыдущего вычитателя и сигналом соответствующего полосового фильтра. В смесителе 17 каждого блока фиксации выделяется разностная частота между частотой входного сигнала и частотой гетеродина 16. В элементе памяти 18 в момент прихода импульса управляющего напряжения запоминается и подается на его выход значения сигнала, которое было на входе элемента в момент прихода управляющего импульса. Данное напряжение хранится в элементе памяти в течении всего управляющего импульса. Когда импульс отсутствует, напряжение со входа элемента памяти без изменений подается на его выход. В однополосном модуляторе 19 выходное напряжение гетородина 16 модулируется выходным сигналом элемента памяти. В сумматоре 11 производится сложение выходных сигналов всех блоков фиксации.
Принцип работы режектора заключается в следующем. Первоначально рассмотрим процессы, происходящие в устройстве при использовании одного генератора. Информационный сигнал системы связан, модулированный передаваемым сообщением, может быть записан в виде:
0
x(t)=A(f)·cos[ωt+φ(t)],
0
0
е
0
0
0
e
e
э
э
x
где A(t) и φ(t) - изменения амплитуды и фазы, переносящие передаваемое сообщение: ω - центральная частота сигнала. В момент прихода импульса помехи (пусть в момент времени t=0), значение сигнала фиксируется и далее вместо сигнала x(t), используется сигнал x(t)=A(t)·cos[ωt+φ(t)]. За счет того, что x(t) с течением времени все более отклоняется от x(t), то ошибка E(t)=x(t)-x(t), с ростом t увеличивается. Когда интервал времени t достаточно велик, разница между x(t) и x(t) становится столь велика, что замена x(t) на x(t) эквивалентна подключению произвольного сигнала, независимого от x(t). Максимальный интервал времени определится корреляционной функцией B(τ) процесса x(t). Действительно, средняя мощность сигнала ошибки
,
А
A
A
A
e
кор
A
имп
кор
где В(τ) - функция корреляции огибающей процесса x(t); R(τ) - ее коэффициент корреляции; R(0)=1. Чем ближе R(τ) к единице, тем меньше величина ошибки и тем более точно с помощью процесса x(f) воспроизводится процесс x(t). Когда τ соизмеримо с интервалом корреляции T процесса x(t), величина R(τ) мала, следовательно ошибка столь значительна, что использование одного генератора для воспроизведения процесса x(t) невозможно, а следовательно невозможно и эффективно бороться с импульсами помехи, длительность которых τ≥Т.
i
Рассмотрим процессы, происходящие при использовании m генераторов. Полосы пропускания полосовых фильтров выбираются таким образом, чтобы каждый из них пропускал  часть всей мощности полезного сигнала. Кроме этого, их полосы 2 примыкают друг к другу таким образом, чтобы перекрывать весь спектр сигнала 1 (см. фиг.2). Частоты гетеродинов 3 имеют такую величину, чтобы на частотной оси быть расположенными сбоку от полосы выходного сигнала соответствующего фильтра (эпюры 4-6, фиг.2). В отсутствии помехи выходные сигналы y (i=1÷m) каждого фильтра переносятся на видеочастоту (точка 1, фиг.1), проходят без изменений через элемент памяти 18 и с помощью однополосного модулятора 19 вновь возвращается в первоначальное положение на частотной оси. Выходные сигналы всех однополосных модуляторов складываются в сумматоре 11, на выходе которого вновь образуется исходный входной сигнал. Последовательное включение полосовых фильтров 5-7 и вычитателей 8-10 применено для того, чтобы восстановленный в сумматоре 11 сигнал максимально соответствовал входному. Действительно, если просуммировать все входные сигналы блоков фиксации (из точек 3, 4, 5, 6), то, независимо от формы полосы пропускания полосовых фильтров, эта сумма будет равна исходному сигналу из точки 7. Все полосовые фильтры имеют единичный коэффициент передачи в полосе пропускания, и близкий к нулю вне ее.
Таким образом, в отсутствии импульсных помех устройство не изменяет входной сигнал.
В момент прихода импульсной помехи, (как и в устройстве-прототипе) она усиливается в усилителе-ограничителе с АРУ 1 и детектируется в импульсном детекторе 2. Автоматическая регулировка усиления имеет большую постоянную времени, такую, чтобы отрабатывать только медленные изменения огибающей полезного сигнала и не чувствовать импульсов помехи. При этом полезная составляющая входного сигнала импульсного детектора 2 имеет постоянный уровень. Из продетектированного радиоимпульса формирователь импульсов образует управляющий видеоимпульс, совпадающий по длительности с исходным радиоимпульсом. Линия задержки 4 служит для выравнивания времени прохождения сигналов таким образом, чтобы начало входного импульса в точке 1 и управляющего импульса в точках 8 совпадали по времени.
i
имп
В моменты присутствия импульса помехи элементы памяти запоминают значение процессов y и хранят его в течение τ. Этим напряжением модулируется однополосные модуляторы 19.
вых
Рассмотрим, чему равен выходной сигнал x(t) сумматора 11 в моменты присутствия помехи.
,
ei
i
где y(t) - сигналы, используемые вместо требуемых y(t).
Сигнал ошибки
.
i
ei
Поскольку сигналы y(t) взаимно некоррелированы (как и сигналы y(t)), то
,
i
i
i
i
i
i
где Р - средняя мощность сигнала y(t); В(τ) и R(τ) - функция корреляции и коэффициент корреляции сигнала y(t). Поскольку все Р равны между собой и .
i
A
i
Скорость изменения функции корреляции по аргументу τ зависит от ширины спектра сигнала, в частности, интервал корреляции обратно пропорционален ширине полосы спектра сигнала. Таким образом, интервал корреляции функций R(τ) в среднем в m раз больше, чем R(τ). Если формы зависимостей R(t) совпадают для различных i, то .
Таким образом, с помощью заявляемого устройства возможно с тем же качеством производить замену реального сигнала x(t) формируемым сигналом  на интервалах времени, в m раз больших. Следовательно применение предлагаемого устройства позволяет осуществлять защиту от радиоимпульсных помех, в m раз более продолжительных, чем в устройстве-прототипе.
кор
Кроме этого, предлагаемое устройство обладает дополнительным существенным преимуществом по сравнению с известными, заключающимися в том, что в них при длительностях помехи, большем Т, эффективная замена реального сигнала его копией невозможна в принципе. В предлагаемом же решении подобное принципиальное ограничение отсутствует. Действительно, с ростом длительности помехи увеличение числа блоков фиксации m обеспечивает сохранение прежнего соответствия между реальным сигналом и формируемой копией его.
Применение предлагаемого режектора импульсных помех позволяет осуществлять эффективную защиту от импульсных помех и тем самым повышать помехоустойчивость радиосвязи.