УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ АКТИВНЫХ ШУМОВЫХ ПОМЕХ

Полезная модель относится к радиолокации и предназначена для защиты РЛС от широкополосных активных шумовых помех (АШП), действующих по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны.
Устройствами для подавления АШП являются автокомпенсаторы (АК). Создание аналоговых АК для работы в широкой полосе частот представляет значительные трудности. Для увеличения широкополосности аналоговые АК конструируют на базе аттенюаторов в сочетании с переключателями и фазовращателями. Проектирование АК для работы на промежуточной частоте (ПЧ) вызывает дополнительные трудности, связанные с узкополосностью основных компонентов АК, таких как фазовращатель на π/2.
В журнале "Радиотехника", №12 за 1984 год (с.10, 11), и в статье White B.et al. Intern. Conf. on Sat. Commun. Syst. Technology (1975 г.) описан компенсатор помех на высокой частоте (ВЧ). В этом компенсаторе к выходам антенн подключены малошумящие усилители. Далее в основном тракте включен направленный ответвитель, выполняющий функции вычитателя, на второй вход которого с блока автоматической регулировки весов (АРВ) заводится компенсирующий сигнал. В этом блоке формируются из входного сигнала 4 копии: синфазная с ним, противофазная и две, отличающиеся от них по фазе на ±90°. В каждой из этих четырех ветвей включены аттенюаторы. Выходы аттенюаторов соединены с сумматором, выход которого является выходом блока АРВ. Управляющие напряжения на аттенюаторы подаются с помощью управляющих цепей (УЦ). Сигналы, подаваемые на УЦ, образуются в результате корреляции сигналов основного и дополнительного каналов.
Недостатком этого устройства является низкая стабильность работы устройства в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний из-за флюктуации весовых коэффициентов во время переходных процессов при больших интенсивностях помех.
Повысить устойчивость к самовозбуждению в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний, т.е. повысить стабильность работы устройства подавления боковых лепестков и обеспечить высокий коэффициент подавления помехи при воздействии помех большой интенсивности, позволяет техническое решение, описанное в патенте РФ №2139627, заявка 98119406/09 от 29.10.1998, опубликованном 10.10.1999, патентообладатель - ЗАО "Центр технического сотрудничества радиоэлектронного комплекса".
Устройство содержит основную и дополнительную антенны, соединенные последовательно с малошумящими усилителями, делитель на 4, фазовращатели на ноль, 90, 180 и 270 градусов, управляемые аттенюаторы, сумматор, вычитающее устройство, смесители сигналов, гетеродин, усилители промежуточной частоты основного и дополнительного каналов, ограничитель сигнала промежуточной частоты, фильтр промежуточной частоты, фазовращатель на 90 градусов промежуточной частоты, синфазный и квадратурный блоки управления.
В данной схеме в вычитающем устройстве на высокой частоте осуществлена когерентная компенсация помехи, принятой основной антенной, что позволяет получить значительное подавление помехи в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний на высокой частоте возможно, но когерентной компенсации помехи на ПЧ в данной схеме без переделок достичь нельзя. Этот АК взят в качестве прототипа.
Предлагаемое техническое решение, устройство для подавления широкополосных АШП (аналого-цифровой автокомпенсатор), позволяет получить значительное подавление активной помехи на промежуточной частоте в большом динамическом диапазоне изменения помеховых колебаний.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для подавления широкополосных активных шумовых помех, представляющем собой аналого-цифровой квадратурный автокомпенсатор с цифровым управлением, используются фазовращатели на поверхностных акустических волнах (ПАВ), патент на полезную модель "Фазовращатель на ПАВ" №95926, заявка №2010106578/22 от 24.02.2010; патентообладатель - ОАО "ФНПЦ "ННИИРТ". В используемом фазовращателе между выходными каналами обеспечивается стабильный фазовый сдвиг на π/2 во всей полосе сигнала.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фигуре. На схеме приняты следующие обозначения:
ок
кк
1, 3 - антенны основного и компенсационного каналов А, А;
2 - гетеродин;
4, 7 - малошумящие усилители основного и компенсационного каналов МШУ 1, МШУ 2;
5 - первый делитель напряжения Д 1;
6, 8 - преобразователи компенсационного и основного каналов Пр 1, Пр 2;
9 - первый фазовращатель Ф 1;
10 - фазовращатель основного канала Ф;
11, 13 - аттенюаторы компенсационного канала Атт 1, Атт 2;
12 - первый усилитель промежуточной частоты УПЧ 1;
14 - аттенюатор основного канала Атт;
15, 19 - фазовые манипуляторы компенсационного канала ФМ 1, ФМ 2;
16, 18- цифровые интеграторы Инт 1, Инт 2;
17 - первый ограничитель Огр 1;
20 - фазовый манипулятор основного канала ФМ;
21, 23 - второй и третий ограничители Огр 2, Огр 3;
22 - второй делитель напряжения Д 2;
24 - усилитель промежуточной частоты основного канала УПЧ;
25. 29 - второй и третий усилители промежуточной частоты УПЧ 2, УПЧ 3;
26. 28 - схемы вычитания постоянной составляющей ВПС 1, ВПС 2;
27 - второй фазовращатель Ф 2;
30, 33 - аналого-цифровые преобразователи АЦП 1, АЦП 2;
31, 32 - фазовые детекторы ФД 1, ФД 2;
34 - вычитающий сумматор ∑.
Устройство для подавления широкополосных АШП представляет собой аналого-цифровой автокомпенсатор квадратурного типа, выполненный на базе фазовращателей на ПАВ, управляемых весовыми коэффициентами в виде цифрового кода аттенюаторов и фазовых манипуляторов, имеющих два значения фазы - ноль и π. Автокомпенсатор имеет два подканала - синфазный и квадратурный, которые формируются с помощью делителя напряжения на два и фазовращателя на ПАВ.
Предлагаемое устройство содержит антенну основного канала 1 и антенну компенсационного канала 2. К выходам антенн соответственно подключены последовательно соединенные малошумящие усилители высокой частоты 4, 7 и преобразователи 6, 8, второй вход которых соединен с выходом гетеродина 2.
В основном канале к выходу преобразователя 8 подсоединены последовательно соединенные фазовращатель 10, аттенюатор 14, фазовый манипулятор 20 и усилитель промежуточной частоты 24, выход которого соединен с одним из входов вычитающего сумматора 34.
В компенсационном канале выход преобразователя 6 соединен с входом первого делителя напряжения 5 и входом первого усилителя промежуточной частоты 12. Выходы первого делителя напряжения 5 подключены к соответствующим входам первого фазовращателя 9. При помощи делителя 5 и фазовращателя 9 формируются две квадратуры компенсационного канала.
К выходам первого фазовращателя 9 подсоединены две идентичные цепи, состоящие, соответственно, из последовательно соединенных аттенюатора компенсационного канала 11 (13), фазового манипулятора компенсационного канала 15 (19) и второго (третьего) усилителя промежуточной частоты 25 (29), выходы которых соответственно соединены с входами 2 и 3 вычитающего сумматора 34.
Для выработки цифровых кодов выход первого усилителя промежуточной частоты 12 соединен с последовательно соединенными: первым ограничителем 17, вторым делителем напряжения 22 и вторым фазовращателем 27. К выходам второго фазовращателя 27 подключены идентичные цепи, образующие синфазный и квадратурный каналы обратной связи. Цепи состоят из последовательно соединенных фазовых детекторов 31 (32), АЦП 30 (33), схемы вычитания постоянной составляющей 26, (28), второго и третьего ограничителей 21 (23) и цифровых интеграторов 16 (18). В цифровых интеграторах вырабатываются весовые коэффициенты в виде цифрового кода, знак которого управляет фазой фазовращателей, а абсолютное значение управляет степенью затухания аттенюаторов компенсационного канала. При этом выходы цифровых интеграторов 16 (18) соединены с входами управления аттенюаторов компенсационного канала 11 (13) и фазовых манипуляторов 15 (19). А именно, первые выходы цифровых интеграторов 16 (18) соединены со вторыми входами аттенюаторов компенсационного канала 11 (13), а вторые их выходы - со вторыми входами фазовых манипуляторов 15 (19). Выход вычитающего сумматора 34 является выходом всего устройства и, кроме того, подключен ко второму входу фазовых детекторов 31 и 32.
Устройство для подавления широкополосных активных шумовых помех работает следующим образом.
Полезный сигнал и помеха принимаются антенной основного канала 1, усиливаются малошумящим усилителем основного канала 4, преобразуются при помощи гетеродина 2 в преобразователе 8 на промежуточную частоту и поступают через последовательно включенные фазовращатель основного канала 10 (без сдвига фазы), открытый полностью аттенюатор основного канала 14, фазовый манипулятор основного канала 20 с постоянным нулевым значением фазы и усилитель промежуточной частоты основного канала 24 на первый вход вычитающего сумматора 34. Фазовращатель, аттенюатор и фазовый манипулятор включены для обеспечения идентичности основного и компенсационного каналов.
Помеха, принятая антенной компенсационного канала 3, усиленна я малошумящим усилителем компенсационного канала 7 и преобразованная с помощью гетеродина 2 в промежуточную частоту преобразователем компенсационного канала 6, подается на первый делитель напряжения 5, который вместе с последовательно включенным первым фазовращателем 9 образуют две квадратуры компенсационного канала.
С выходов первого фазовращателя 9 сигналы шума компенсационного канала (синфазная и квадратурная составляющие) поступают, соответственно, на аттенюаторы компенсационного канала 11 и 13, затухание которых регулируется с помощью цифровых кодов. Меняя затухание аттенюаторов компенсационного канала 11, 13, можно плавно поворачивать фазу шумового вектора сигнала компенсационного канала в пределах от нуля до π/2. С выходов аттенюаторов компенсационного канала 11, 13 сигналы шума соответственно поступают на фазовые манипуляторы компенсационного канала 15 и 19, которые при изменении знака цифрового управляющего кода обеспечивают поворот фазы шумового сигнала на ноль или π. Аттенюаторы компенсационного канала 11 и 13 вместе с фазовыми манипуляторами компенсационного канала 15 и 19 обеспечивают вращение общего вектора шумового сигнала компенсационного канала в диапазоне углов от нуля до 2π. После фазовых манипуляторов компенсационных каналов 15, 19 шумовые сигналы, усиленные вторым и третьим усилителями промежуточной частоты 25 и 29, подаются на второй и третий входы вычитающего сумматора 34, в котором, складываясь с шумовым сигналом основного канала, обеспечивают его компенсацию.
Для создания цифровых управляющих кодов сигнал, принятый компенсационной антенной 3, с преобразователя компенсационного канала 6 через первый усилитель промежуточной частоты 12, первый ограничитель 17 и второй делитель напряжения 22 подается на второй фазовращатель 27, с выходов которого сигналы двух квадратур поступают соответственно на первый вход фазовых детекторов 31, 32. на второй вход которых подается сигнал обратной связи с выхода вычитающего сумматора 34. Полярность сигналов на выходе фазовых детекторов 31 и 32 зависит от разности фаз шумовых сигналов, подаваемых со второго фазовращателя 27, и сигналов обратной связи с выхода вычитающего сумматора 34, а амплитуда - от степени корреляции этих сигналов.
После оцифровки в аналого-цифровых преобразователях 30, 33 и прохождения через схемы вычитания постоянной составляющей 26, 28 сигналы через второй и третий ограничители 21, 23, имеющие логарифмическую характеристику, поступают на цифровые интеграторы 16 и 18, в которых и вырабатываются управляющие цифровые коды, знак которых управляет фазовыми манипуляторами, а абсолютное значение - аттенюаторами.
Настройка устройства производится в стробе, расположенном вне рабочей зоны работы РЛС. Управляющие сигналы регулируемых цифровых аттенюаторов 11, 13, выработанные в стробе, запоминаются и сохраняются во время активной работы РЛС на рабочей дистанции. Настройка схем вычитания постоянной составляющей 26, 28 производится в стробе, расположенном перед стробом, в котором вырабатывается управляющий сигнал, при отключенном основном канале.
Применение в заявляемом устройстве фазовращателей на ПАВ, имеющих высокую идентичность амплитудно-частотных характеристик и фиксированный фазовый сдвиг на π/2 в широкой относительной полосе пропускания с ошибкой 1-2 градуса по фазе, обеспечивают автокомпенсатору высокое подавление шумов на промежуточной частоте.
Использование цифровой обработки значительно упрощает схему выработки весовых коэффициентов и систему управления ими.
Применение ограничителей с логарифмической характеристикой, имеющей начальный линейный участок, позволяет стабилизировать суммарную динамическую постоянную времени автокомпенсатора.
Применение предлагаемого устройства в разрабатываемом изделии позволило получить коэффициент подавления шумовой помехи более 20 Дб в полосе 20 МГц на центральной частоте порядка 80 МГц.