Устройство компенсации помех

(21) (22) (46) (72) и В. (53) (56) А. Левинзон 1,7,с.81 - 88483,ототип). ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) (57) УСТРОВСТВО КОМПЕНСАЦИИ ПОМЕХ, содержащее первый, второй и третий блоки компенсации, каждый из которых содержит соединенные последовательно массовый элемент, вход которого является первым входом блока компенсации, и алгебраический сумматор, другой вход и выход которого являются вторым входом и выходом блока компенсации соответственно, и последовательно соединенные перемножитель и интегрирующий фильтр, выход которого соединен с управляющим входом массового элемента, в первом и третьем блоках компенсации первый и второй входы перемножителя соединены с выходом алгебраического сумматора и первым входом блока компенсации соответсгвенно, первый и второй входы первого блока компенсации являются входами помехи и смеси полезного сигнала с помехой устройства соответственно, отличающееся ЕНИЯ," тем, что, с целью повышения помехозащищенности в широком диапазоне изменения отношения полезного сигнала к помехе при наличии полезного сигнала на входе помехи устройства, в него введены блок коммутации, выход, которого является выходом устройства, а первый и второй входы соединены с выходами первого и третьего блоков компенсации соответственно, и генератор вспомогательного сигнала, выход которого соединен с входом смеси полезного сигнала с помехой устройства, первый и второй входы второго блока компенсации соединены с выходом первого блока компенсации н входом помехи устройства соответственно, первый и второй входы третьего блока компенсации соединены с выходами второго и первого блоков Е компенсации соответственно, во второй у блок компенсации введены первый фильтр Ц вспомогательного сигнала, вход и выход 1 С которого соединены соответственно с первым входом второго блока компенсации и вторым входом перамножителя, и второй фильтр вспомогательного сигнала, вход и выход которого соединены с выходом алгебраического сумматора и первым входом перемиожителя соответственно, выход первого фильтра вспомогательного сигнала соединен с управляющим входом блока коммутации,20 входом и выходом блока компенсации соответственно, и последовательно соединен- З 0 50 55;бнсш,шгс птся к радиотехнике. а импик схпикс приема и измерения видесп иали чп. канальными системами на фоне пигкплоспых аддитивных помех при высоких требнациях к отношению сигнал/помеха на выходе, и может быть испльзовано в ул ройствах, где имеется дступ к истянику сигнала, например, в системах связи и телеметрических системах.Известно устройство компенсации помех, содержащее первый адаптивный фильтр, последовательно соединенные второй адаптивный фильтр, вычитатель и третий адаптивный фильтр, выход первого адаптивного фильтра соединен с другим входом .вычитателя 11,Однако в данном устройстве необходимо фазировать копию дополнительного сигнала и дополнительный сигнал, вводимый в устройство, что в ряде случае на практике обеспечить не удается.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство компенсации помех, содержащее первый, второй и третий блоки компенсации, каждый из которых содержит соединенные последовательно массовый элемент, вход которого является первым входом блока компенсации, и алгебраический сумматор, другой вход и выход которого являются вторым ные перемножитель и интегрирующии фильтр, выход которого соединен с управляющим входом, массового элемента, в первом и третьем блоках компенсации первый и второй входы перемножителя соединены с выходом алгебраического сумматора и первым входом блока компенсации соответственно, первый и второй входы первого блока компенсации являются входами помехи и смеси полезного сигнала с помехой устройства соответственно 2.Однако известное устройство обладает недостаточной помехозащищенностью при наличии полезного сигнала на входе помехи устройства в силу того, что полезный сигнал оказывает отрицательное влияние на формирование весовых коэффициентов по помехе, Кроме того, при определенных условиях возможна и компенсация полезного сигнала. Цель изобретения - повышение помехозащищенности в широком диапазоне изменения отношения полезного сигнала к помехе при наличии полезного сигнала на входе помехи уст йства,Поставленная цель достигается тем, что в устройство компенсации помех, содержащее первый, второй и третий блоки компенсации, каждый из которых содержит соединенные последовательно массовый элемент, вход которого является первым вхо 35 40 45 дм Ьгк, кмк нсации, и алгебраический сумма ), дрЙ Вход и Выход которого являются вторым входом и выходом блока ком пенса пи и сответственно, и последовательно соединенные перемножитель и интегрирующий фильтр, выход которого соединен с управляющим входом массового элемента,. в первом и третьем блоках компенсации первый и второй входы перемножителя соединены с выходом алгебраического сумматора и первым входом блока компенсации соответственно, первый и второй входы первого блока компенсации являются входами помехи и смеси полезного сигнала с помехой устройства соответственно, введены блок коммутации, выход которого является выходом устройства, а первый и второй входы соединены с выходами первого и третьего блоков компенсации соответственно, и генератор вспомогательного сигнала, выход которого соединен с входом смеси полезного сигнала с помехой устройства, первый и второй входы второго блока компенсацин соединены с выходом первого блока компенсации и входом помехи устройства соответственно, первый и второй входы третьего блока компенсации соединены с выходами второго и первого блоков компенсации соответственно, во второй блок компенсации введены первый фильтр вспомогательного сигнала, вход и выход которого соединены соответстенно с первым входом второго блока компенсации и вторым входом пере- множителя, и второй фильтр вспомогательного сигнала, вход и выход которого соединены с выходом алгебраическдго сумматора и первым входом перемножителя соответственно, выход первого фильтра вспомогательного сигнала соединен с управляющим входом блока коммутации. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок коммутации, пример выполнения; на фиг. 3 - график, поясняющий наличие положительного эффекта.Устройство компенсации помех содержит первый блок 1 компенсации, второй блок 2 компенсации, третий блок 3 компенсации, алгебраические сумматоры 4, массовые элементы 5, перемножители 6, интегрирующие фильтры 7, приемник 8 полезного сигнала, приемник 9 помехи, исФ,точник 1 О помехи, источник 11 полезного сигнала, генератор 12 вспомогательного сигнала, первый фильтр 13 вспомогательного сигнала, второй фильтр 14 вспомогательного сигнала и блок 15 коммутации, содержащий амплитудный детектор 16 и ключ 17.Устройство работает следующим образом.Приемники 8 и 9 принимают полез 1 ый сигнал с помехами и дополнительный сиг нал, которые поступают на приемики 8 и 9 по каналам связи между источниками 1 и 10 и приемниками 8 и 9, с выходов которых сигналы и помехи поступают на входы первого блока 1, При слабых сигналах, т. е. сигналах, уровень которых значительно меньше уровня помех, в первом блоке 1 эффективно осуществляется компенсация помех и отношение сигнал/ помеха (С/П) на выходе алгебраического сумматора 4 или на выходе первого блока 1 велико. Это отношение ограничено собственными шумами приемников 8 и 9; конечной постоянной времени интегрирующего фильтра 7, которая определяется исходя из требований к аппаратуре; неидентичностью амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик приемников 8 и 9 и трактов распространения сигналов.Для целого ряда применений подавление помех первым блоком 1 достаточно велико. Так, например, в гидроакустике уровень помех может превысить собственные шумы датчиков на 45 - 50 дБ, и тем самым при подавлении помех на 40 дБ собственные шумы приемников 8 и 9 можно не учитывать. Благодаря конечной постоянной времениинтегрирующего фильтра 7 вычисляется не взаимная корреляционная функция, а оценка взаимной корреляционной функции. При слабом сигнале первый блок 1 работает по помехе, и отличие оценки от взаимной корреляционной функции обуслов лено наличием собственных шумов цепи обратной связи, содержащей перемножитель 6 и интегрирующий фильтр 7. При этом по сравнению с влиянием шумов приемников 8 и 9 имеется еще модуляционный выигрыш 12 Вг (где В - рабочая полоса частот), и поэтому этот фактор играет меньшую роль, чем шумы датчиков.Характеристики первого блока 1 и предлагаемого устройства при разных отношениях С/П на его входах (фиг. 3) построены в виде зависимостей отношения (С/П) ы на выходе первого блока 1 или на выходе третьего блока 3 от отношения (С/П)на втором входе первого блока 1. Параметром кривых является величина 3 = (С/П)дп/ (С/П) , где (С/П), - отношение сигнал помеха на выходе приемника 9. Характе- ристика всего устройства - прямая при У= О. Степень компенсации помех может быть оценена в виде выигрышар в отношении С/П на выходе по сравнению .с отношением С/П на входе: /и = (С/П)юх(С/П) .Выигрыш.р при слабых сигналах (фиг. 3) ограниченный указанными причинами, принят 40 дБ, т. е. достаточно высокий. Прй этом отношение (С/П)вх лежит в пределах 70 - 15 дБ, а отношение С/П на выходе10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 рсмка 9 при 3, 0,1 достаточно мало не ог раничивает степень компенсации помех. При дальнейшем увеличении сигнала отношение (С/П) растет и степень компенсации помех снижается: характеристики, достигнув максимума, загибаются, т. е. отношение С/П на выходе первого блока 1 падает, выигрыш падает и при больших сигналах становится даже отрицательным. Участок максимума характеристик не рассчитывается и дан качественно (фиг. 3).Чем меньше 3", т. е. меньше отношение С/П на выходе приемника 9, тем выше отношение С/П на выходе первого блока 1, При У = 0 характеристика не имеет максимума и загиба и .степень компенсации помех остается достаточно высокой при любом отношении С/П на втором входе. При (С/П)вх(1 в первом блоке 1 С/П компенсируется помеха, т. е, получаем выигрыш в отношении С/П)х )1, зависящий отУ, а именно от отношения С/П на выходе приемника 9. Для устранения максимума и загиба характеристики, т. е. для повышения степени компенсации помех и обеспечения работы при (С/П) )1, служат второй 2 и третий 3 блоки. Напряжение с выхода первого блока, содержащее помеху, полезный сигнал и дополнительный сигнал, подается на первый вход второго блока 2. На второй вход блока 2 подается напряжение с выхода приемника 9. Во втором блоке 2 первый 13 и второй 14 фильтры выделяют дополнительные сигналы, и в результате перемножения этих сигналов и последующей фильтрации на входе управления массового элемента 5 образуется управляющий сигнал, пропорциональный взаимной корреляционной функции между дополнительными сигналами, один из которых содержится в выходном напряжении алгебраического сумматора 4 первого блока 1, другой - в выходном напряжении приемника 9. В результате воздействия этого сигнала на массовый элемент 5 на его выходе устанавливается уровень дополнительного сигнала, равный уровню дополнительного сигнала на входе алгебраического сумматора 4 второго блока 2. После вычитания на выходе алгебраического сумматора 4 дополнительный сигнал компенсируется, А так как дополнительный сигнал подается на входы устройства вместе с полезным сигналом по одним и тем. же каналам связи источника 11 с приемниками 8 и 9, одновременно во втором блоке 2 происходит компенсация и полезного сигнала. В результате на выходе алгебраического сумматора 4 второго блока 2 образуетса чистая помеха. При С/П )1 отношение С/П во втором блоке 2 на его втором входе больше 1, поэтому на вход перемножителя 6 через первый фильтр 13 подается практи 115244чески чистый дополнительный сигнал, что обеспечивает точное вычисление взаимной корреляционной функции на выходе интегрирующего фильтра 7 второго блока 2,С выхода второго блока 2 помеха поступает на первый вход третьего блока 3, на второй вход которого поступает смесь сигнала с помехой с выхода второго блока 2, Третий блок 3 компенсирует помеху и, так как отношение С/П на его первом входе мало, обеспечивает высокое отношение С/П на его выходе.При достаточно слабых сигналах, когда сигнальная составляющая на выходе приемника 9 еще не ограничивает степень компенсации помех, достаточно снимать выходной сигнал устройства с выхода первого блока 1, хотя второй 2 и третий 3 блоки не ухудшают отношение С/П в этом случае, и поэтому выходом устройства может быть выход третьего блока 3.Устройство работает как при большом, так и при малом сигналах, и характеристика его соответствует прямой У = 0 (фиг. 3), Недостатком этого устройства является то, что необходимо время для установления рабочего режима цепи обратной связи, включающей перемножитель б и интегрирующий фильтр 7, второго 2 и третьего 3 блоков, В результате при быстром нарастании слабого сигнала характеристика не сразу приходит к рабочей форме (кривой К= О), а имеет форму, соответствующую начальной величине 3, и медленно меняется в направлении характеристики, которой соответствует Э" = О. В тех случаях, когда этот недостаток существенен, целесообразна модификация устройства, которая позволяет ему работать при быстром нарастании слабого сигнала, Для этого в устройстве имеется блок 15, выход которого является выходом устройства и,который подключает к этому выходу выход первого блока 1 илн выход третьего блока 3 в зависимости от уровня дополнительного сигнала на выходе первого фильтра 13 второго блока 2. Блок 15 может содержать (фиг. 2) амплитудный детектор 16 н ключ 17. При малом уровне дополнительного сигнала, соответствующем малому отношению С/П на входах устройства, ключ 17 подключает к выходу устройства выход первого блока 1. При уровне дополнительного сигнала, превышающем некоторый предел, с которого ухудшается отношение С/П на выходепервого блока 1 (на фиг. 3 этот уровень соответствует отношению С/П на втором входе первого блока 1 минус 15 дБ) ключ 17, соединяющий выход первого блока 1 с выходом устройства, размыкается и соединяется выход третьего блока 3 с выходом устройства. Сразу после этого положение массового элемента 5 первого блока фиксируется с целью недопущения дальнейшего уменьшения отношения С/П на выходе первого каскада. При этом характеристика первого блока 1 при дальнейшем увеличении сигнала не загибается, а отношение С/П растет (на фиг. 3 фиксированное положение массового элемента 5 первого блока 1 показано пунктирной линией). Таким образом, предложенное устройство повышает степень компенсации помех,отношение С/П на выходе устройства дляадаптивной компенсации помех при наличии сигнала на выходе приемника помехи и одновременно сохраняет высокое отношение С/П на выходе устройства при отсутствии сигнала на выходе приемника помехи. Это позволяет подавлять помехи при любом отношении С/П на входах устройства. Расчеты показывают, что величина по.давления помех превышает 40 дБ,ого ко ий и Раугпск ж город рректор О. БилакдписноеССР итета С открытий я наб., ул. Про