ЦИФРОВОЙ КОМПЕНСАТОР ПОМЕХ ОТВЕТЧИКА

Полезная модель относится к радиосвязи и радиолокации, а именно, к многоканальным приемным устройствам с подавлением воздействия помеховых сигналов, применяемым в системах запроса-ответа, и может быть использован в радиотехнических системах иного назначения.
Уровень техники в области радиосвязи, которая связана с подавлением воздействия помеховых сигналов с помощью адаптивных антенных систем (или по-другому, компенсаторов помех), можно определить по следующим классических монографиям: 1) Монзинго Р.А., Миллер Т.У. «Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию»: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986. - 448 с.; 2) Пистолькорс А.А., Литвинов О.С. «Введение в теорию адаптивных антенн» - М.: Наука, 1991; 3) Щесняк С.С., Попов М.П. «Адаптивные антенны» - СПб.: Изд-во ВИККА им. А.Ф. Можайского, 1995. - 800 с. Отмечается, что одна из проблем состоит в том, чтобы защитить цепи адаптации от воздействия полезных сигналов и тем самым предотвратитьформирование провалов диаграммы направленности (ДН) на источники полезных сигналов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство цифрового компенсатора, описанное и реализующее заявленный в патенте РФ №2271066 С2 (МПК Н04В 1/10) от 2006 года способ компенсации помех. Указанное устройство принято за прототип. Оно представляет собой цифровой вариант реализации адаптивной антенной решетки (ААР) с компенсирующими элементами как по функциональной схеме (см. Чони Ю.И. «Адаптивные антенны систем связи и телекоммуникаций», Казань: Изд. «Новое знание». - 2012. стр. 53, рис. 3.3), так и по алгоритму вычисления ВК (см. там же, нижняя строка формулы (4.30) на стр. 77).
На фиг. 1 приведена несколько видоизмененная с целью большей наглядности структурная схема цифрового компенсатора помех - прототипа, где обозначено:
1 - основная антенна под номером "0";
2 - дополнительные антенны (всего N);
3 - СВЧ-тракты;
4 - тракты преобразования частоты (ТПЧ);
5 - аналоговые полосовые фильтры (ПФ);
6 - аналого-цифровые квадратурные преобразователи (АЦКП);
7 - цифровой процессор (ЦП);
8 - элементы задержки на время L;
9 - умножители;
10 - сумматоры;
11 - блок весового суммирования
Блок весового суммирования 11, объединяют следующие элементы структурной схемы прототипа вместе с их связями: элементы задержки 8, умножители 9 и сумматоры 10.
Устройство-прототип работает следующим образом.
д
1
N
Компенсация помех осуществляется на видеочастоте. Для этого сигнал каждого элемента антенной решетки, состоящей из основной антенны 1, на фиг. 1 и одной либо нескольких (всего N) одинаковых дополнительных антенн 2, после прохождения СВЧ-тракта 3 и тракта преобразования частоты 4, а также ограничивающего полосу пропускания для дискретизации аналогового полосового фильтра 5, преобразуется в цифровой комплексный сигнал в аналого-цифровом квадратурном преобразователе 6. Частота дискретизации F в АЦП, входящих в АЦКП, во всех каналах должна быть одинакова. Полученные сигналы на видеочастоте используются цифровым процессором 7 в качестве входных данных для вычисления N комплексных оптимальных весовых коэффициентов (ВК) w…w по адаптивному алгоритму обращения выборочной корреляционной (ковариационной) матрицы. Для этого предварительно из конечных выборок входных сигналов (возможно прореженных) в разных каналах, относящихся к одинаковому времени, составляется выборочная корреляционная матрица и вектор взаимной корреляции. Время вычисления по адаптивному алгоритму должно удовлетворять требованиям реального времени, т.е. весовые коэффициенты необходимо вычислять за время, меньшее, чем L. Задержанные на свою длительность в элементах задержки 8 выборки сигналов компенсационных каналов умножаются (умножители вещественных чисел обозначены 9) на соответствующие этим сигналам, т.е. вычисленные по ним, весовые коэффициенты. После этого результаты умножения складываются в сумматорах 10, формируя компенсационный сигнал, который вычитается из задержанной на такое же время выборки сигнала основного канала в последних перед выходом компенсатора двух сумматорах 10.
Достоинство прототипа состоит в том, что в основном канале может использоваться антенна с широкой или изотропной ДН, покрывающей требуемую рабочую зону.
Недостатком прототипа при использовании в составе приемника ответчика является то обстоятельство, что запросные сигналы, присутствующие в канальных выборках, искажают матрицу коэффициентов корреляции помеховых сигналов и, как следствие, ВК отклоняется от оптимальных значений. Это проявляется в формировании провалов на запросчике и в ослаблении компенсации помех.
з
Основной задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение влияния запросных сигналов на процесс компенсации помеховых сигналов. Естественно, время L накопления выборок в ЦП значительно превышает длительность запроса Т, являющегося кратковременной импульсной посылкой.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является уменьшение влияния запросного сигнала на результат компенсации помех в ответчике.
з
Указанный технический результат достигается тем, что в известном цифровом компенсаторе помех содержащим основной канал и N каналов из последовательно соединенных антенны, СВЧ-тракта, тракта преобразования частоты, полосового фильтра и аналого-цифрового квадратурного преобразователя, а также цифровой процессор и блок весового суммирования, N входов комплексных выборок которого соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых квадратурных преобразователей, а N управляющих входов подключены к выходам цифрового процессора, согласно предложенному техническому решению дополнительно введены N+1 сдвиговых регистров на длительность запроса Т, включенных между выходами аналого-цифровых квадратурных преобразователей и соответствующими входами цифрового процессора, и дешифратор запроса, подключенный к выходу компенсатора, причем выход дешифратора запроса соединен с входом "сброс" каждого сдвигового регистра и является выходом запуска передатчика ответчика.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного цифрового компенсатора помех ответчика, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявленного технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «полезная модель».
На фиг. 2 изображена структурная схема заявляемого цифрового компенсатора помех ответчика, где двойные линии отражают связи входов и выходов для комплексных величин, представленных сигналами Re и Im.
Цифровой компенсатор помех ответчика содержит основную антенну 1 и N дополнительных антенн 2, к которым подключены N+1 идентичных каналов из последовательно соединенных СВЧ-тракта 3, тракта преобразования частоты 4, полосового фильтра 5 и аналого-цифрового квадратурного преобразователя 6, а также цифровой процессор 7 и блок весового суммирования 11, в которых N+1 входов комплексных выборок соединены с выходами соответствующих аналого-цифровых квадратурных преобразователей 6, а N управляющих входов блока весового суммирования подключены к выходам цифрового процессора 7, выходы сигнала промежуточной частоты соединены с соответствующими входами каждого аналого-цифрового квадратурного преобразователя 6, N+1 сдвиговых регистров 13, включенных между выходами аналого-цифровых квадратурных преобразователей 6 и соответствующими входами цифрового процессора 7, и дешифратор запроса 12, подключенный к выходу блока весового суммирования 11, причем выход дешифратора запроса 12 соединен с входом "сброс" каждого сдвигового регистра 13.
Устройство работает следующим образом.
n
k
n
Принятые сигналы, точнее их комплексные огибающие, оцифрованные, именно так же, как в прототипе поступают на входы блока компенсации 11. Выборки комплексных амплитуд x(t) (n=1…N) дополнительных каналов подвергаются весовой обработке в соответствии со значениями весовых коэффициентов w, поступающих на управляющие входы блока компенсации с выходов ЦП 7. Таким образом, на выходе блока компенсации формируется сигнал
Цифровой процессор реализует алгоритм обращения корреляционной матрицы
-1
0
W=<Z>R,
1
N
1
k
N
k
0
1
k
N
k
0
k
П
где W={w, … w} вектор весовых коэффициентов N дополнительных каналов, <Z> - корреляционная матрица выборок {x(t), … x(t)}, R - вектор коэффициентов взаимной корреляции выборок {x(t), … x(t)} с выборкой основного канала x(t). Если выборки порождены только помеховыми сигналами, то, как показано в книге Чони Ю.И. «Адаптивные антенны систем связи и телекоммуникаций», Казань: Изд. «Новое знание». - 2012, весовые коэффициенты W оптимальны в смысле минимума функционала , где P - мощность помех на выходе цепи компенсации. Таким образом, минимизируется мощность помех при возможно меньшем возбуждении дополнительных элементов антенной решетки, т.е. возможно меньшем отклонении текущей ДН от исходной.
з
При появлении сигнала от запросчика дешифратор запроса 12 по окончании запросного сигнала вырабатывает импульс, который сбрасывает (обнуляет) сдвиговые регистры 13. Поскольку емкость сдвиговых регистров 13 соответствует длительности Т запросного сигнала, то обнуляется вошедший в сдвиговый регистр 13 запросный сигнал. Таким образом, в выборках, поступающих на обработку в ЦП 7 для вычисления ВК W полезные сигналы запросчиков не попадают, и таким образом ВК вычисляются только по сигналам от источников помех. Влияния полезного сигнала на процесс компенсации помех не происходит. Одновременно импульс дешифратора запроса 12 запускает передатчик ответчика.
з
вых
k
Пример реализации шестиканального цифрового компенсатора представлен на Фиг. 3. С выходов промежуточной частоты приемников ответчика сигнал промежуточной частоты порядка 90-100 МГц с полосой равной полосе пропускания аналоговой части приемника подается на вход АЦП 5101НВ015 для преобразования в дискретные отсчеты промежуточной частоты. С выхода АЦП цифровая шина шириной 12 бит присоединена на вход ИС1897ВВ015 цифрового приемника, где производится перенос с промежуточной частоты на нулевую, цифровая фильтрация и децимация выборок в соответствии с шириной полосы принимаемого сигнала. С выходной шины данных микросхемы цифрового приемника отсчеты комплексной амплитуды передаются для дальнейшей обработки в ПЛИС 5578ТС024, которая реализует функции сдвигового регистра на Т и ЦП, вычисляющего весовые коэффициенты. В этой же ПЛИС производятся операции перемножения и суммирования в соответствии с изложенным выше алгоритмом компенсации. В результате выполнения всех перечисленных операций сигнал с выходной шины данных ПЛИС, являющийся выходным сигналом компенсатора х(t) в виде отсчетов по параллельной шине данных поступает для дальнейшей дешифрации во вторую ПЛИС 5578ТС024, реализующую функционал ответчика и управляющую по соответствующей линии связи сбросом регистров ПЛИС ЦП.