НЕЛИНЕЙНЫЙ КОМПЕНСАТОР ПОМЕХ

Полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована в радиоприемных устройствах, работающих в условиях как узкополосных, так и широкополосных помех, действующих в полосе частот полезного сигнала, при малом отношении сигнал/помеха.
Известны устройства подавления помех на принципе компенсации по классической схеме, при этом используется дополнительный канал приема, в котором формируется компенсирующий сигнал, близкий к мешающему сигналу в основном канале. Формирование компенсирующего сигнала осуществляется линейным адаптивным фильтром (Уидроу Б., Стирнз С., «Адаптивная обработка сигналов» пер. с англ., М.: «Радио и связь», 1989, стр.440).
Эти устройства применяются в радиолокации и других радиотехнических системах для подавления помех, поступающих по боковым лепесткам антенны основного канала, но при поступлении помехи с направления полезного сигнала эти устройства не в состоянии выполнить селективное подавление помеховой составляющей, т.к. в этом случае вместе с помехой будет подавлен и полезный сигнал.
Известно «Устройство компенсации узкополосных помех» (патент РФ №2227369, МПК Н04В 1/10, опубл. 20.04.2004). Устройство компенсации содержит усилитель и вычитатель, входящие в состав N-го канала, первый, второй и третий перемножители, первый и второй фильтры нижних частот, блок фильтрации и формирования управляющих напряжений, управляемый генератор, ключ, амплитудный детектор и блок сравнения с порогом, а также (N-1) каналов, аналогичных N-му каналу по составу блоков и связей между ними. Технический результат заключается в повышении степени подавления узкополосных помех.
Указанное устройство подавляет только узкополосные помехи и требует введения дополнительного канала для каждой из помех, поступающих на вход устройства.
Известен адаптивный компенсатор помех (патент РФ №2271066, «Способ адаптивной компенсации помех в реальном времени», МПК Н04В 1/10, опубл. 27.02.2006), принятый в качестве прототипа предлагаемого одноканального нелинейного компенсатора помех. Изобретение представляет собой цифровой адаптивный компенсатор помех, содержащий один основной канал, включающий в себя последовательно соединенные первую основную антенну, первый СВЧ тракт, первый тракт преобразования частоты, первый полосовой фильтр, первый аналогово-цифровой квадратурный преобразователь (АЦКП); N дополнительных каналов, каждый из который включает в себя вторую дополнительную антенну, второй СВЧ тракт, второй тракт преобразования частоты, второй полосовой фильтр, второй аналогово-цифровой квадратурный преобразователь; цифровой процессор, первый вход которого соединен с первым выходом первого АЦКП, второй вход цифрового процессора соединен с вторым выходом первого АЦКП, третий вход цифрового процессора соединен с первым выходом второго АЦКП, четвертый вход цифрового процессора соединен с вторым выходом первого АЦКП, первый выход цифрового процессора соединен с вторым входом первого и второго перемножителя, второй выход цифрового процессора соединен с вторым входом третьего и четвертого перемножителя; первый элемент задержки, вход которого соединен с первым выходом первого АЦКП, а выход которого соединен с суммирующим входом первого сумматора; второй элемент задержки, вход которого соединен с вторым выходом первого АЦКП, а выход которого соединен с суммирующим входом второго сумматора; третий элемент задержки, вход которого соединен с первым выходом второго АЦКП, а выход которого соединен с первым входом первого и третьего перемножителей; четвертый элемент задержки, вход
которого соединен с вторым выходом второго АЦКП, а выход которого соединен с первым входом второго и четвертого перемножителей; пятый сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходом первого перемножителя, вычитающий вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя, а выход пятого сумматора соединен с первым входом четвертого сумматора; шестой сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего перемножителя, а выход шестого сумматора соединен с первым входом третьего сумматора; второй сумматор, вычитающий вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, а выход второго сумматора является вторым выходом устройства; первый сумматор, вычитающий вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход первого сумматора является первым выходом устройства.
Технический результат, достигаемый при осуществлении указанного изобретения, состоит в обеспечении подавления помех в реальном времени.
Известное устройство обладает следующими недостатками:
- для подавления каждой отдельной помехи в устройство-прототип вводится дополнительный компенсационный канал; такое техническое решение требует априорных данных о количестве помех, поступающих на вход устройства подавления помех, что не всегда возможно;
- эффективность подавления помехи зависит от направления прихода помехи, что ограничивает функциональные возможности компенсатора;
- применяемый адаптивный алгоритм вычисления весовых коэффициентов по методу обращения выборочной корреляционной матрицы, требует значительных вычислительных мощностей, в
частности наличия цифрового процессора, чтобы обеспечивать компенсацию помех в реальном времени.
Указанные недостатки устраняет предлагаемый нелинейный компенсатор помех.
Техническими задачами полезной модели являются упрощение конструкции, снижение вычислительных затрат на формирование компенсирующего сигнала и расширение функциональных возможностей устройства.
Для решения поставленных задач предлагается нелинейный компенсатор помех, содержащий сумматор, выход которого является выходом компенсатора, первый и второй умножители, полосовой фильтр, а так же в компенсатор введены жесткий ограничитель, вход которого соединен с входом компенсатора, а выход соединен с входом полосового фильтра, фильтр нижних частот и усилитель, причем первый вход второго умножителя соединен с входом компенсатора, второй вход второго умножителя соединен с выходом полосового фильтра, а выход второго умножителя соединен с последовательно соединенными фильтром нижних частот и усилителем, первый вход первого умножителя соединен с выходом жесткого ограничителя, второй вход первого умножителя соединен с выходом усилителя, а выход первого умножителя соединен со вторым входом сумматора, первый вход сумматора соединен с входом компенсатора.
На фиг. представлена структурная схема нелинейного компенсатора помех.
Нелинейный компенсатор помех содержит: 1 - сумматор; 2 - жесткий ограничитель; 3 - первый умножитель; 4 - полосовой фильтр; 5 - второй умножитель; 6 - фильтр нижних частот; 7 - усилитель. Первый вход сумматора 1 соединен с входом компенсатора, выход сумматора 1 является выходом компенсатора, вход жесткого ограничителя 2 соединен с входом
компенсатора, а выход соединен с входом полосового фильтра 4, первый вход второго умножителя 5 соединен с входом компенсатора, второй вход второго умножителя 5 соединен с выходом полосового фильтра 4, а выход второго умножителя 5 соединен с последовательно соединенными фильтром нижних частот 6 и усилителем 7, первый вход первого умножителя 3 соединен с выходом жесткого ограничителя 2, второй вход первого умножителя 3 соединен с выходом усилителя 7, а выход первого умножителя 3 соединен со вторым входом сумматора 1.
Нелинейный компенсатор помех работает следующим образом. На вход компенсатора действует смесь полезного сигнала и помехи
вx
сигн
пом
u(t)=u(t)+u(t),
вx
где u(t) - входная смесь,
сигн
u(t) - полезный сигнал,
пом
u(t) - помеха.
Смесь полезного сигнала и помехи поступает на первый вход сумматора 1, на жесткий ограничитель 2 и на первый вход второго умножителя 5. Необходимым условием эффективной работы компенсатора является малое отношение сигнал/помеха во входной смеси. При выполнении указанного условия сигнал на выходе жесткого ограничителя 2 определяется более мощной по сравнению с полезным сигналом помехой:
отр
вx
пом
u(t)=sign(u(t))≈sign(u(t))
Сигнал с выхода жесткого ограничителя 2 поступает на первый вход первого умножителя 3 и на полосовой фильтр 4. Полоса пропускания полосового фильтра 4 должна быть настроена на частотный диапазон, в котором, как ожидается, будет действовать помеха. При отсутствии такой априорной информации полоса пропускания полосового фильтра 4 принимается равной полосе частот полезного сигнала.
Совокупность последовательно соединенных второго умножителя 5 и фильтра нижних частот 6 образует амплитудный синхронный детектор, опорным сигналом для которого является сигнал с выхода полосового фильтра 4, поступающий на второй вход второго умножителя 5.
Полоса пропускания фильтра нижних частот выбирается порядка 5-10% от ширины спектра сигнала.
При малом отношении сигнал/помеха во входной смеси фаза сигнала на выходе полосового фильтра 4 совпадает с фазой помехи во входной смеси, и амплитудный синхронный детектор, содержащий блоки 5 и 6, осуществляет выделение амплитуды помехи из входной смеси, поступающей на первый вход второго умножителя 5:
изм
вх
пом
А(t)=А(t)≈A(t),
изм
где А(t) - измеряемая в реальном времени амплитуда сигнала на входе амплитудного синхронного детектора - на первом входе второго умножителя 5,
вx
A(t) - амплитуда смеси полезного сигнала и помехи,
пом
А(t) - амплитуда помехи.
Коэффициент передачи усилителя 7 является постоянным во времени и равен
ус
К=К·π/4,
где К учитывает коэффициент передачи полосового фильтра 4 и фильтра нижних частот 6.
Сигнал с выхода усилителя 7 поступает на второй вход первого умножителя 3.
Сформированная копия помехи с выхода первого умножителя 3 поступает на второй вход - вычитающий вход - сумматора 1. Разность сигналов на входах сумматора 1 - сигнал на выходе сумматора 1 - и обеспечивает подавление помехи во входной смеси
вых
вx
изм
ус
вx
u(t)=u(t)-А(t)·К·sign(u(t))
Эффективность подавления помех предлагаемого компенсатора не зависит от взаимного расположения источников полезного сигнала и помехи. Следовательно, предлагаемый одноканальный нелинейный компенсатор помех обладает большей функциональностью, чем устройство-прототип.
Предлагаемый компенсатор помех не требует введения дополнительных компенсационных каналов и больших вычислительный мощностей. Таким образом, предлагаемый нелинейный компенсатор помех обладает более простой конструкцией по сравнению с устройством-прототипом.