УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ПОМЕХ

Полезная модель относится к радиосвязи, в частности, к приемным устройствам с подавлением помех.
Известны компенсаторы помех, в которых для подавления помехи используется весовое суммирование колебаний (сигнала и помехи), принятых разнесенными антеннами. Например, в патенте РФ №2115233 описан двухантенный адаптивный компенсатор помех, в котором эталонный сигнал формируется из выходного частотно модулированного сигнала компенсатора с помощью амплитудного ограничителя.
Существенным недостатком этого компенсатора является большая вероятность перезахвата за помеху, если помеха представляет собой тоже частотно модулированное колебание.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является компенсатор, описанный в патенте РФ №30044 на полезную модель, принятый за прототип.
На фиг.1 приведена структурная схема компенсатора-прототипа, где обозначено:
I - основной компенсатор помех;
II - дополнительный компенсатор помех;
10 - коррелятор;
11 - усилитель-инвертор;
12 - перемножитель;
13 - сумматор.
На фиг.2 приведена структурная схема одного из компенсаторов помех, где обозначено:
1, 2 - первый и второй перемножители;
3 - устройство формирования весовых коэффициентов;
4 - сумматор;
5 - амплитудный ограничитель.
Устройство-прототип содержит основной I и дополнительный II компенсаторы помех, первые и вторые входы которых соединены соответственно между собой и являются соответственно первым и вторым входами устройства. Выход основного компенсатора помех I соединен с его входом эталонного сигнала, первым входом коррелятора 10 и через усилитель-инвертор 11 с первым входом перемножителя 12, выход которого подсоединен к первому входу сумматора 13, выход которого соединен с входом эталонного сигнала дополнительного компенсатора помех II, выход которого соединен со вторыми входами сумматора 13 и коррелятора 10, выход которого соединен со вторым входом перемножителя 12. При этом выходы основного I и дополнительного II компенсаторов являются соответственно первым и вторым выходами устройства.
Компенсаторы помех основной I и дополнительный II идентичны (схема одного из них представлена на фиг.2). Компенсатор помех I содержит певый 1 и второй 2 перемножители, первые входы которых являются соответствующими входами компенсатора помех и соединены с соответствующими входами блока формирования весовых коэффициентов 3, выходы которого соединены со вторыми входами соответствующих перемножителей 1 и 2, выходы которых подсоединены к соответствующим входам сумматора 4, выход которого соединен со входом амплитудного ограничителя 5, выход которого является выходом компенсатора помех.
Устройство-прототип работает следующим образом.
На каждый из двух входов устройства поступает смесь сигнала и помехи от разнесенных в пространстве или по поляризации антенн. Причем их частотные спектры могут существенно перекрываться, но источники должны быть разнесены в пространстве по азимуту. Различие в углах прихода сигнала и помехи приводит к различию разности фаз сигнала и помехи между антеннами, что и обусловливает принципиальную возможность выделения полезного сигнала из входной смеси. В прототипе реализован принцип разделения (сепарации) сигнала и помехи на двух алгоритмических выходах.
Эталонный сигнал для основного компенсатора I формируется из выходного напряжения сумматора 4 с помощью нелинейного устройства - амплитудного ограничителя 5 (фиг.2). Эталонный сигнал для дополнительного компенсатора II (фиг.1) формируется с помощью корреляционного фильтра, состоящего из сумматора 13, усилителя-инвертора 11, перемножителя 12 и коррелятора 10, в котором формируется выходной сигнал, некоррелированный с выходным сигналом основного компенсатора I. В результате, если на выходах компенсаторов присутствует смесь двух колебаний, то на выходе формируется та же смесь, но с инверсным (обратным) отношением мощностей относительно выхода основного компенсатора I. То есть, если на выходе основного компенсатора I выделяется один компонент смеси, то с помощью корреляционного фильтра дополнительному компенсатору II «навязывается» эталонный сигнал, содержащий преобладающий другой компонент смеси.
Благодаря наличию в цепи формирования весовых коэффициентов нелинейного устройства - амплитудного ограничителя 5, в основном компенсаторе I в первый момент происходит выделение (захват) большего из компонентов смеси сигнал и помеха и подавление меньшего. Затем удержание этого компонента продолжается и при изменении отношения сигнал/помеха в широком динамическом диапазоне.
Поскольку оба компенсатора являются идентичными, то на их выходах в первый момент будут выделяться один и тот же компонент, например, помеха. Однако, благодаря корреляционному фильтру, инвертирующему входное отношение сигал/помеха, на эталонный вход дополнительного компенсатора II подается меньший компонент смеси - полезный сигнал. В результате на втором выходе устройства-прототипа начинает выделяться другой компонент смеси - полезный сигнал.
Недостатком устройства-прототипа является низкая помехоустойчивость вследствие периодического перезахвата компонентов, т.е. перепутывания выделяемых компонентов на алгоритмических выходах устройства, при этом вероятность этого события тем больше, чем меньше пространственные различия (угол прихода) сигнала и помехи.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение помехоустойчивости устройства за счет уменьшения влияния перезахватов на качество приема полезного сигнала.
Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее первый и второй перемножители, первые входы которых являются входами устройства, последовательно соединенные сумматор, и амплитудный ограничитель, выход которого является выходом устройства, а также устройство формирования весовых коэффициентов, два входа которого соединены с соответствующими входами устройства, а два выхода - со вторыми входами соответствующих перемножителей, выходы которых подсоединены к соответствующим входам сумматора, согласно полезной модели, дополнительно введены последовательно соединенные генератор синхропосылки, частотный модулятор и коммутатор, выход которого соединен с входом эталонного сигнала устройства формирования весовых коэффициентов, а также генератор промежуточной частоты, соединенный со вторым входом частотного модулятора, причем управляющие входы коммутатора и генератора синхропосылки объединены и являются входом для управляющего сигнала устройства управления радиостанции.
Схема заявляемого устройства приведена на фиг.3, где обозначено:
I - компенсатор помех;
1, 2 - перемножители;
3 - устройство формирования весовых коэффициентов (УФВК);
4 - сумматор;
5 - амплитудный ограничитель;
6 - коммутатор;
7 - частотный модулятор;
8 - генератор синхропосылки;
9 - генератор промежуточной частоты.
Предлагаемое устройство состоит из компенсатора помех I, аналогичного компенсатору устройства-прототипа и схемы формирования эталонного сигнала, а также коммутатора 6.
Компенсатор помех I содержит первый 1 и второй 2 перемножители, первые входы которых являются соответствующими входами компенсатора помех и соединены с соответствующими входами блока формирования весовых коэффициентов 3, выходы которого соединены со вторыми входами соответствующих перемножителей 1 и 2, выходы которых подсоединены к соответствующим входам сумматора 4, выход которого соединен со входом амплитудного ограничителя 5, выход которого является выходом компенсатора помех.
Схема формирования эталонного сигнала содержит последовательно соединенные генератор синхропосылки 8, частотный модулятор 7, а также генератор промежуточной частоты 9, выход которого соединен со вторым входом частотного модулятора 7. Управляющие входы коммутатора 6 и генератора синхропосылки 8 объединены и являются управляющим входом для сигнала от устройства управления радиостанции. Выход коммутатора 6 соединен с входом эталонного сигнала устройства формирования весовых коэффициентов 3 компенсатора помех I. Кроме того, выход амплитудного ограничителя 5 подсоединен к второму входу коммутатора 6.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Смеси сигнала и помехи от двух разнесенных антенн на промежуточной частоте поступают на входы 1 и 2 компенсатора помех, где суммируются в сумматоре 4 с весовыми коэффициентами, обеспечивающими минимальное среднеквадратичное отклонение выходного сигнала компенсатора от эталонного сигнала. Весовые коэффициенты формируются в устройстве формирования весовых коэффициентов (УФВК) 3 и подаются на вторые входы перемножителей 1 и 2. Для формирования весовых коэффициентов используются входные сигналы компенсатора и эталонный сигнал.
Во временной структуре сигналов современных цифровых систем радиосвязи имеется периодическая последовательность синхропосылок, предназначенных для синхронизации решающего устройства приемной радиостанции (PC) с информационной последовательностью передающей PC. Необходимость этого вызвана нестабильностью опорных генераторов радиостанций. Синхропосылка представляет собой отрезок псевдослучайной последовательности логических символов, известных на приемной стороне, и повторяется через фиксированное число информационных символов.
Поскольку структура и момент прихода такой синхропосылки известны на приемной стороне, то в компенсаторе на время существования в эфире синхропосылки можно сформировать «идеальный» эталонный сигнал, т.е. точно повторяющий полезный принимаемый. Это производится с помощью генератора синхропосылки 8, частотного модулятора 7 и генератора промежуточной частоты 9. Частота синусоидального сигнала на выходе генератора 9 равна промежуточной частототе, на которой производится обработка колебаний в компенсаторе.
Начало формирования синхропосылки и поключение ее в качестве эталона к УФВК 3 производится по команде от устройства управления радиостанции. После окончания синхропосылки, когда принимаются информационные символы, неизвестные в приемнике, коммутатор 6 по команде от устройства управления PC подключает к УФВК 3 эталонный сигнал, сформированный амплитудным ограничителем 5 аналогично прототипу.
В начале каждого сеанса связи в устройстве управления принимающей PC с помощью синхропосылки осуществляется синхронизация местного тактового генератора. После этого приход следующей синхропосылки известен с высокой точностью, поэтому в момент ее предполагаемого появления в устройстве управления радиостанции формируется команда (строб) включения обнаружителя синхропосылки на время ее длительности. Эта же команда используется в АКП для старта местного генератора синхропосылки 8 и для переключения коммутатором 6 двух типов эталонных сигналов. В частотном модуляторе 7 производится частотная модуляция сигнала промежуточной частоты, формируемого генератором прмежуточной частоты 9.
Благодаря дополнительно введенным блокам и связям между ними в значительной мере повышается помехоустойчивость, за счет устранения перезахватов за разные компоненты входной смеси - сигнал или помеху.
Если в промежутке между двумя синхропосылками происходит перезахват за помеху, то за длительность очередной синхропосылки, когда в качестве эталонного сигнала используется местная копия синхропосылки, помеха на выходе компенсатора подавляется, а выделяется полезный сигнал. Другими словами, с помощью местного эталонного сигнала восстанавливается прием полезного сигнала. Таким образом, максимально возможная длительность ложного захвата за помеху равна длительности времени между двумя соседними синхропосылками.
Реализация функциональных блоков очевидна из их названия и не представляет технических трудностей, кроме устройства формирования весовых коэффициентов (ФВК).
Наилучшим вариантом построения ФВК является реализация известного алгоритма прямого обращения корреляционной матрицы входных сигналов, описанного, например, в книге «Адаптивная компенсация помех в каналах связи» под редакцией Ю.И.Лосева, М., «Радио и связь», 1988 г., стр.18. В соответствие с этим алгоритмом вектор весовых коэффициентов компенсатора W, минимизирующий отклонение выходного напряжения от эталонного колебания рассчитывается следующим образом:
xx
где R- корреляционная матрица входных колебаний
1
2
υ и υ - напряжения на первом и втором входе компенсатора соответственно;
* - знак комплексного сопряжения, верхняя черта означает операцию усреднения по времени, осуществляемую с помощью фильтра нижних частот;
- вектор корреляции эталона с входными сигналами;
Т - знак транспонирования.
Элементы вектора весовых коэффициентов рассчитываются следующим образом:
Таким образом, в предлагаемом устройстве достигается повышение помехоустойчивости за счет уменьшения длительности перезахватов за разные компоненты входной смеси - сигнал или помеху.