МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АВТОКОМПЕНСАТОР
MULTICHANNEL SELF-COMPENSATOR

Предлагаемое изобретение относится к области радиолокации. Оно может быть использовано в радиолокационных приемниках для защиты от помех.
Известен компенсатор боковых лепестков (1), содержащий основной канал, устройство вычитания и компенсационный канал, содержащий перемножители, полосовые фильтры, генератор, квадратурный модулятор, состоящий из 90° фазорасщепителя и двух модуляторов и квадратурный коррелятор, состоящий из 90° фазорасщепителя, двух перемножителей и двух фильтров низкой частоты.
В вычитающем устройстве известного компенсатора происходит вычитание помех основного и компенсационного каналов путем управления комплексными характеристиками компенсационного канала при помощи квадратурного коррелятора.
Недостатком известного компенсатора является слабое подавление широкополосных помех, возникающее из-за неидентичности каналов компенсатора и искажения амплитудно- и фазочастотного спектра помех. Кроме того, известный компенсатор не может подавлять несколько помех, действующих одновременно с различных направлений, все это приводит и уменьшению соотношения сигнал/помеха или полному нарушению работы РЛС в условиях активных шумовых помех.
Из известных автокомпенсаторов наиболее близким к заявленному устройству является многоканальный автокомпенсатор, выбранный в качестве прототипа. Многоканальный автокомпенсатор содержит основной канал, сумматор, фазовращатель, аттенюатор и n компенсационных каналов, состоящих из множителей, сумматоров и корреляторов.
В таком устройстве возможно подавление нескольких помех, не превышающих по количеству n. Однако известный автокомпенсатор также имеет недостаток: слабое подавление широкополосных помех вследствие неидентичности амплитудно- и фазочастотных характеристик каналов РЛС. Так, при реальных погрешностях трактов в полосе частот - неравномерности амплитудно-частотных характеристик до 15%, фазочастотных характеристик до 20°, задержке между каналами до 20 нс, - подавление не может превышать 16 дБ.
Таким образом, недостатком известных автокомпенсаторов является малое подавление широкополосных помех.
Целью предполагаемого изобретения является увеличение подавления помех.
Поставленная цель достигается тем, что в многоканальном автокомпенсаторе, содержащем сумматор, подключенный к его входу основной канал и n компенсационных каналов, каждый из которых содержит квадратурный модулятор, вход которого соединен с входом компенсационного канала, а выход - с одним из входов сумматора и квадратурный коррелятор, первый и второй входы которого подключены соответственно к входу квадратурного модулятора и выходу сумматора, а выходы - к управляющим входам квадратурного модулятора, в каждый компенсационный канал введены дифференцирующее, интегрирующее и суммирующее устройства, дополнительные квадратурный модулятор и квадратурный коррелятор, причем входы дифференцирующего и интегрирующего устройств подключены ко входу компенсационного канала, а их выходы подключены ко входам суммирующего устройства, вход дополнительного квадратурного модулятора соединен с выходом суммирующего устройства, а выход подключен к сумматору, первый и второй входы дополнительного квадратурного коррелятора подключены соответственно ко входу дополнительного квадратурного модулятора и выходу сумматора, а выходы - к управляющим входам дополнительного квадратурного модулятора.
Введенные дифференцирующее и интегрирующее устройства предназначены для обеспечения фазовых сдвигов фазочастотных и противоположных наклонов амплитудно-частотных характеристик.
Подключение дифференцирующих и интегрирующих устройств к входам компенсационных каналов и входам суммирующих устройств обеспечивает комплексную частотно-зависимую обработку входных помех каждого из компенсационных каналов.
Дополнительные квадратурные модуляторы и квадратурные корреляторы с цепями связи предназначены для автоматического регулирования комплексных характеристик предварительно обработанных помех в каждом компенсационном канале.
В своей совокупности все узлы предлагаемого многоканального автокомпенсатора обеспечивают увеличение подавления n различных помех во всей полосе частот, в том числе, при наличии амплитудно- и фазочастотных искажений в трактах.
Совокупность отличительных признаков, предложенных в данном изобретении, авторам не известна.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
1
n
Многоканальный автокомпенсатор содержит сумматор 1, основной канал 2, n компенсационных каналов 3…3, каждый из которых включает в себя квадратурный модулятор 4, квадратурный коррелятор 5, дифференцирующее 6, интегрирующее 7 и суммирующее 8 устройства, дополнительные квадратурный модулятор 9 и квадратурный коррелятор 10.
Квадратурный модулятор 4 может быть наполнен известным образом (1) из квадратурного расщепителя, двух управляемых модуляторов и сумматора.
Квадратурный коррелятор 5 может быть выполнен известным образом (1) из квадратурного расщепителя, двух корреляционных перемножителей и двух фильтров низкой частоты.
Дополнительные квадратурный модулятор 9 и квадратурный коррелятор 10 могут быть аналогичными соответственно квадратурному модулятору 4 и квадратурному коррелятору 5.
Предлагаемый многоканальный автокомпенсатор работает следующим образом.
1
n
На вход основного канала 2 поступают полезные сигналы и помехи, а на входы каждого из компенсационных каналов 3…3 - преимущественно помехи.
1
n
1
n
1
n
Комплексные коэффициенты передачи квадратурных модуляторов 4 в каждом из компенсационных каналов 3…3 регулируются таким образом, что в сумматоре 1 происходит вычитание коррелированных помех основного 2 и компенсационных 3…3 каналов. Такое управление модуляторами 4 осуществляется управляющими напряжениями с выходов корреляторов 5. Сигналом ошибки для получения управляющих напряжений являются остатки помех на выходе сумматора 1, а опорными напряжениями - входные помехи компенсационных каналов 3…3.
1
n
Вследствие неидентичности амплитудно- и фазочастотных характеристик основного 2 и компенсационных 3…3 каналов, полное вычитание помех в широкой полосе при работе только модуляторов 4 не происходит, и на выходе сумматора 1 образуется нескомпенсированный остаток помех.
1
n
Дифференцирующее 6, интегрирующее 7 и суммирующее 8 устройства осуществляют частотно-пропорциональное ослабление центральных и подчеркивание крайних составляющих амплитудного спектра, помех компенсационных каналов 3…3 и сдвиг на ±π/2 их фазового спектра на центральной частоте. Преобразованный таким образом спектр соответствует по форме и фазовой структуре нескомпенсированному модуляторами 4 остатку помех.
1
n
Комплексный коэффициент передачи дополнительного модулятора 9 в каждом из каналов 3…3 регулируется таким образом, что в сумматоре 1 происходит дополнительная компенсация указанных остатков помехами с преобразованным спектром. Управление дополнительными модуляторами 9 осуществляется при помощи дополнительных корреляторов 10.
1
n
Таким образом, в каждом из n компенсационных каналов 3…3 многоканального автокомпенсатора происходит компенсация (вычитание) помех - в целом при помощи квадратурных модуляторов 4, а их остатков, образовавшихся вследствие неидентичности каналов, - при помощи дополнительных квадратурных модуляторов 9, управляемых соответствующими квадратурными корреляторами 5 и 10.
Дополнительно проиллюстрируем процесс компенсации помех в предлагаемом устройстве.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>K</mi></msub></mrow>
Пусть на вход одного из компенсационных каналов 3 поступает помеха со спектром
, а на вход основного канала 2 - помеха от того же источника с амплитудными и фазовыми искажениями:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>S</mi><mi>K</mi></msub><mi>A</mi><mo stretchy="false">[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>α</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>ω</mi><mo>−</mo><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mo stretchy="false">[</mo><mi>ϕ</mi><mo>+</mo><mi>Δ</mi><mi>t</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>ω</mi><mo>−</mo><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo></mrow></msup><mtext>,                (1)</mtext></mrow>
где Δt - задержка между каналами.
Коэффициент передачи квадратурного модулятора 4 (устанавливается при помощи коррелятора 5):
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>K</mi><mo>˙</mo></mover><mi>M</mi></msub><mo>=</mo><mi>A</mi><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo>−</mo><mi>π</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup><mtext>                                                  (2)</mtext></mrow>
Спектр помехи на выходе квадратурного модулятора 4:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>M</mi></msub><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>K</mi></msub><mi>A</mi><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo>−</mo><mi>π</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup><mtext>                                              (3)  </mtext></mrow>
Складываясь в сумматоре 1, помехи (1) и (3) дают на его выходе нескомпенсированный остаток:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>в</mi><mi>ы</mi><mi>х</mi></mrow></msub><mo>≅</mo><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>K</mi></msub><mi>A</mi><msqrt><mrow><msup><mi>α</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msup><mi>t</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt><mo stretchy="false">(</mo><mi>ω</mi><mo>−</mo><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo>+</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mfrac bevelled="true"><mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow><mi>α</mi></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msup><mtext>     (4)</mtext></mrow>
Так как взаимокорреляционная функция этого остатка (4) и помех на входах компенсационных каналов 3 равна нулю, то дальнейшее уменьшение остатка (4) путем дополнительного регулирования квадратурного модулятора 4 либо подключение остальных компенсационных каналов 3 - невозможно.
Спектр помехи на выходе суммирующего устройства 8:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mo>∑</mo></msub><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>K</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>j</mi><mi>ω</mi><mi>T</mi><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>j</mi><mi>ω</mi><mi>T</mi></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>≅</mo><mi>j</mi><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>K</mi></msub><mn>2</mn><mi>T</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>ω</mi><mo>−</mo><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mtext>         (5)</mtext></mrow>
ДМ
ДМ
Спектр помехи, прошедшей через дополнительный квадратурный модулятор 9 с коэффициентом передачи K и фазовым сдвигом φ
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>Д</mi><mi>М</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>S</mi><mo>˙</mo></mover><mi>K</mi></msub><mn>2</mn><msub><mi>K</mi><mrow><mi>Д</mi><mi>М</mi></mrow></msub><mi>T</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>ω</mi><mo>−</mo><msub><mi>ω</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>д</mi><mi>м</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac bevelled="true"><mi>π</mi><mn>2</mn></mfrac><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext></mrow></msup><mtext>                 (6)</mtext></mrow>
полностью соответствует по амплитудной и фазовой структуре остатку помех (4). Это обеспечивает полную компенсацию помех на выходе сумматора 1. При этом коэффициент передачи и фазовый сдвиг дополнительного модулятора 9 автоматически установится при помощи дополнительного коррелятора 10 равным:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>K</mi><mrow><mi>Д</mi><mi>М</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>A</mi><msqrt><mrow><msup><mi>α</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mi>Δ</mi><msup><mi>t</mi><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>T</mi><mo>;</mo><mtext>                              (7)</mtext></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mtext>ДМ</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mi>ϕ</mi><mo>+</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mfrac bevelled="true"><mrow><mi>Δ</mi><mi>t</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mfrac bevelled="true"><mi>π</mi><mn>2</mn></mfrac></mtd></mtr></mtable>
Процесс компенсации помех показан на примере работы одного из компенсационных каналов 3 при воздействии одной помехи. Совместная работа n компенсационных каналов 3 позволяет полностью компенсировать до n широкополосных помех, приходящих с различных направлений.
Техническая эффективность предлагаемого многоканального автокомпенсатора заключается в значительном увеличении подавления помех, действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности РЛС.
Современные РЛС обеспечивают в реальной обстановке подавление таких помех на 10-20 дБ; такая величина подавления в основном определяется погрешностями приемных трактов.
Математическое моделирование и экспериментальная проверка предлагаемого устройства на действующих образцах аппаратуры показали:
- установка известного автокомпенсатора в РЛС обеспечивает, в зависимости от степени неидентичности трактов, подавление помех на 10-20 дБ;
- установка предлагаемого автокомпенсатора, (выполненного на такой же схемно-элементной базе) с таким же собственным подавлением в такую же РЛС обеспечивает подавление помех соответственно на 20-30 дБ. Таким образом достигается увеличение подавления на 10 дБ и соответственно увеличение отношения сигнал/помеха в РЛС.
Экономическая эффективность применения предлагаемого автокомпенсатора заключается в том, что для достижения такого же технического эффекта при применении известного автокомпенсатора требуются гораздо большие затраты либо на увеличение мощности передатчика, либо на повышение на порядок точности изготовления, сборки и регулировки всех элементов трактов РЛС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Компенсатор боковых лепестков с изменяемой полосой модулирующих частот. Патент США №3881177. кл. G01S 7/36. Публикация 1975 г., том 933, №5.