Адаптивное устройство подавления помех

-э/АДЬОгД ОП ЛЕНИ ль фу т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) В.М.Голуб, В.И.Тепляшин, Г.И.Трошин и С,П,Приходько (53) 621.395.348,4 (088,8) (56) Патент США Р 4320535, кл, Н 04 В 1/10, 1984, (54) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ПОДАПОМЕХ (57) Изобретение относится к те ке широкополосной радиосвязи, Ц изобретения является расширение кциональных возможностей за сче увеличения числа одновременно и давляемых, пространственно разн ных помех при максимизации отно 2 мощности сигнала и помехи, Устройство содержит рефлектор 1, основной облучатель 2, дополнительные облучатели 3-6, регуляторы 7-10 комплексного коэффициента передачи, весовой сумматор 11, приемный блок 12, блок 13 обработки сигналов квадратичные амплитудные детекторы 14, 15, процессор 16, Введение нескольких дополнительных антенн, запитываемых с помощью весового сумматора, в адаптивное устройство подавгения помех и обеспечение возможности максимизации отношения сигнал/помеха на входе приемного устройства позволяет одновременно эФФективно подавлять несколько про- . странственно разнесенных помех при ми нимально возможном энергетическом ущербе для полезного сигнала. 4 ил.Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано всредствах широкополоСной радиосвязи.Цепь изобретения - расширение фун 5кциональных возможностей за счет увеличения числа одновременно подавляемых пространственно разнесенных помех при максимизации отношения моц -ности сигнала и помехи на входе приемника.На фиг.1 представлена структурнаясхема конкретного примера выполнения адаптивного устройства подавления помех; на Фиг,2 - амплитудные 15диаграммы направленности основнойи дополнительных антенн; на фиг.3схема весового сумматора; на фиг.4 структурная схема процессора,Адаптивное устройство подавления 20помех содержит зеркальную антенну,состоящую из рефлектора 1 (диаметркоторого около 47 рабочих длин волн)и основного облучателя 2, расположен.ного в фокусе рефлектора. В фокальной плоскости рефлектора находятсятакже четыре дополнительных облучателя 3-6, лежащие совместно с основным облучателем на Общей линии (поДВд с кажДой стОРОны От ОснОВнОГО 30облучателя). Диаграмма направленности (ДН) зеркальной антенны по ееосновному и дополнительным выходампредставлена на.фиг.2. Выходы дополнительных облучателей через регулято- З 5ры 7-10 комплексного коэффициентапередачи подключены к входам весового сумматора 11. Выход весового сумматора подключен к входу приемногоблока 12 связанного с блоком 13 обработки сигналов. Последний имеетвыходы полезного сигнала и помехи,к которым подключены квадратичныеамплитудные детекторы 14 и 15, Выходы огибающей и постоянной составляющей обоих амплитудных детекторов 14и 15 подключены к процессору 16,который формирует управляющие сигналы для регуляторов 7-10 комплексного коэффициента передачи.50Основной облучатель предназначендля приема полезного сигнала, прихо. дящего в направлении, близком направлению главного лепестка его ЛНПомимо полезного .сигнала он может55принимать также сигналы помех, воздействующих в области скатов главного лепестка и боковых и задних лепестков его ДН. Количество И дополнительных облучателей определяет максимальное число одновременно подавляемых помех, Их характеристики направленности и взаимное расположение с основным облучателем выбираются таким образом, цтобы их ДН, пересекаясь на определенном уровне, заполняли весьтелесный угол возможных направлений прихода помех.В примере выполнения устройства, показанном на Фиг,1-4, И=4. Сигналы, принятые основным и дополнительным облучателями, складываются в весовом сумматоре, коэффициенты передачи которого для каждого иэ входов выб- раны такие, чтобы обеспечить минимальные потери энергии полезного сигнала, принимаемого основной антенной.Весовой сумматор 11 состоит (Фиг,3) иэ четырех двухканальных сумматоров 17-20, соединенных по схеме типа "елочка". Сумматоры 17 и 18, складывающие сигналы от двух соответственно ближних и дальних (от" носительно основного) дополнительных облучателей, - трехдецибельные мосты. Сумматор 19, объединяющий сигналы от дополнительных облучателей, выполнен с переходным затуханием.13 дБ для сигналов от дальних облучателей, а сумматор 20, складывающий сигналы от основного и дополнительного облучателей, - с переходным затуханием 6 дБ для сигналов от дополнительных облучателей. Процессор 16 (фиг.4) представляет собой четыре идентичных канала 21-24 адаптации и генератор 25 ортогональных опорных колебаний (в данном случае четырех пар - по два для каждого канала адаптации), Каждый канал адаптации состоит из двух идентичных контуров управления (для каж-. дой координаты регулятора) комплексного коэффициента передачи, каждый контур содержит по две цепочки, последовательно соединенных коррелятора 26 (27, 28, 29) и управляемого аттенюатора 30 (31, 32, 33) сигнала управления, к первой из которых подключен выход огибающей амплитудного де" тектора 15 помехи, а к второй - выход Огибающей амплитудного детектора 14 сигнала. К вторым входам корреляторов 26-29 в каждом контуре подклю-м дополнительным облучателем; 45о (1 фэЙ) - значение амплитудной ДН основного облучателя в пределах телесного угла (Ьс ; );К - коэффициент передачи весовогосумматора для сигналов, принимаемых основным облучателем;г, (ьк;,ь, ) - значение амплитудной ДН 1-годополнительного облучателя впределах защищаемого" им телесного угла (ЬЫ ,);К . - коэффициент передачи весовогосумматора для сигналов, прини 5 15523 чены соответствующие выходы генератора 25 опорных колебаний, причем к коррелятору 26 (29) в первой цепи непосредственно, а коррелятору 27 (28) во второи цепи через инвертор 34 (35). К управляющим входам аттенюаторов в первой и второй цепях подключены выходы постоянной составляющей амплитудных детекторов 15 и 14 соответ ственно сигнала и помехи, Выходы аттенюаторов 32 и 33 (30 и 31) в каждом контуре управления подключены к сумматору 36 (37). Третий вход сумматора 36 (37) подключен к соответ ствующему выходу генератора 25 опорных колебаний через управляемый аттенюатор 38 (39)К управляющим входам аттенюаторов 38 и 39 подключен через фильтр 40 нижних частот выход постоянной составляющей амплитудного детектора 15. Выходы сумматоров 36 и 37 подключены к управляющим входам регуляторов 7-10 комплексного коэффициента передачи. 25Весь сектор помехоопасных направ-: лений, лежащий за пределами главного лепестка ДН основного облучателя, начиная с уровня 10 дБ, и захватывающий первые три - четыре боковые лепестка, разбит на четыре части, каждую из которьх закрывает ДН отдельного дополнительного облучателя. Коэффициент передачи весового сумматора 11 для сигналов От каждого до полнительного облучателя 3-6 выбран таким образом, чтобы в каждой части сектора выполнялось условие маемых -м дополнительным облучателем,Благодаря введению несколькихдополнительных облучателей с регуля"торами комплексного коэффициента передачи, между которыми распределен,весь телесный угол возможных направлений прихода помех, обеспечиваетсявозможность одновременного подавленияустройством нескольких пространственно рассосредоточенных помех,В весовом сумматоре 11 для сигналов, принятых каждым дополнительнымоблучателем, установлены минимальнонеобходимые для выполнения условия(1) коэффициенты передачи. Благодаряэтому потери энергии полезного сигнала, принимаемого основным облучателем за счет переходного затуханиясумматора, минимальныВ отсутствие помех под действиемсигналов управления, формируемыхпроцессором 16 в направлении положительного градиента по полезному при"нимаемому сигналу, с помощью регуляторов 7-10 комплексного коэффициентапередачи происходит самофокусировкаантенны по принимаемому полезномусигналу. В случае воздействия на средство помехи в канале адаптации.процессора, соответствующем ее направлению прихода, Формируется сигналуправления, который учитывает с весом, пропорциональным моцностям полезного сигнала и помехи, компоненты градиента в положительном и отрицательном направлениях, Под действием этого сигнала управленияпроисходит такое изменение значенийкоординат регулятора комплексногокоэффициента передачи соответствующего дополнительного облучателя, которое обеспечивает выполнение условия,максимума отношения полезного сигнала (Рс ) к сумме сигналов помех (Р )и внутренних шумов приемной системы(Рш) в зависимости от значений параметров (координат) регулятора комплек"сного коэффициента передачи8 плексного коэффициента передачи.Адаптивное устройство работает следующим образом.В отсутствие помех полезный сигнал, принимаемый антенной, поступает с основного 2 и дополнительных 3-6 облучателей на входы весового сумматора 11, При этом сигналы с дополнительных облучателей проходят через регуляторы 7-10 комплексного коэффициента передачи, на управляющие входы которых поступают соответствующие опорные колебания, Под их действием координаты регуляторов 7- 10 комплексного коэффициента передачи получают приращения, а следовательно, проходящие через них сигналы - модуляцию соответствующих параметроа (амплитуды, Фазы). При сложении в весовом сумматоре 11 сигнала от основного облучателя с модулированными сигналами от вспомогательных облучателей выходной сигнал сумматора получает амплитудную модуляцию в соответствии с законами опорных колебаний, Преобразованный по частоте, усиленный сигнал поступает на блок 13 обработки широкополосного сигнала. "Свернутый" полезный сигнал с блока 13 обработки поступает на квадратичный амплитудный детектор 14 сигнала, с выходов которого снимаются сигналы, пропорциональные квадрату постоянной составляющей и огибающей. Сигнал огибающей поступает параллельно на входы корреляторов 26-29 четырех каналов 21-24 адаптации, где он перемножается на соответствующие опорные колебания, поступающие от генератора 25 опорных колебаний, через инверторы 34 и 35, изменяющие их Фазу на, относительно фазы опорных колебаний, поступающих на корреляторы 26-29, которые подключены камплитудному детектору 15.На выходе корреляторов 26-29, подключенных к амплитудному детектору 14 сигнала, Формируются сигналы ошибки, величины и знаки которых характеризуют отклонения координат регуляторов веса от тех значений, при которых обеспечивается максимум мощности полезного сигнала на выходе сумматора 11, т.е. опредедРляются градиенты у , =1, 2. . ., 81 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 15 Сигналы ошибок с выходов корреляторов 26-29 проходят через управляемые аттенюаторы. 30-33, коэффициентпередачи которых пропорционален только мощности внутренних шумов (помехаотсутствует), складываются с опорнымиколебаниями своих каналов и поступаютна соответствующие регуляторы 7-10комплексного коэффициента передачи.Под действием этих сигналов координаты регулятороа комплексного коэффициента передачи изменяются таким образом, чтобы свести к нулю сигналыошибки. В установившемся состоянииканалов адаптации регуляторы комплексного коэффициента передачи дополнительных антенн обеспечивают минимальное ослабление проходящих сигналови их синфазность в сумматоре 20(Фиг.3) с сигналом, поступившим отосновного облучателя.Таким образом, с помощью контуровадаптации, подключенных через амплитудный детектор к выходу полезного сигнала блока обработки, опорные "колебания на которые поступают черезинверторы, обеспечивается синфазноесложение векторов сигнала, принятых основным 2 и дополнительными 36 облуцателями, а следовательно, имаксимизация мощности полезного сигнала на входе приемника,При воздействии на антенну помехи, направление прихода которой соответствует сектору, закрываемому ДН,дополнительным облучателем в регуляторе 9 под действием опорных колебаний происходит модуляция параметровпомехи, На выходе сумматора 11 помеха приобретает амплитудную модуляцию в соответствии с законом опорныхколебаний 3 дополнительной антенны.В блоке 13 обработки иэ входной смеси сигнала и помехи происходит выделение помехи, а в амплитудном детекторе 15 - ее огибающей и постоянной составляющей. Огибающая помехипоступает параллельно на входы других корреляторов (26-29 и т.д.) четырех каналов 21-24 адаптации.На выходах корреляторов 26 и 29,соответствующих дополнительному облучателю 3, появляются сигналы ошибки, которые пропорциональны отклонениям координат регулятора комплексного коэффициента передачи от техзнацений, при которых обеспечиваетсяминимум мощности помехи (т.е. опре 9 153 Р,деляется градиент - ). Под дейак 4,ствием этих сигналов ошибки происходит изменение значений координат регуляторов комплексного коэффициентапередачи в сторону компенсации помехи. Но это приводит к нарушению установившегося состояния контуров управления данного канала адаптации пополезному сигналу и появлению на выходах корреляторов 27 и 28 сигналовошибки, которые с выходов корреляторов 27, 28 (пропорциональныеаР.компонентам градиента ) и 26,ак29 (пропорциональные компонентам граЗРпдиента ) поступают на входы атЗКтенюаторов 31, 32,30, 33 соответственно, На управляющие входы этихаттенюаторов подается сигнал с выходов постоянной составляющей амплитудных значений. соответственно помехи и сигнала. Под действием этих сигналов управления коэффициенты передачи аттенюаторов 30 и 33 устанавливаются пропорциональными средней мощности Р, а коэффициенты передачиаттенюаторов 31, 32 - пропорциональными средней мощности Р +Ры. На выходах сумматоров 36 и 37 формируютсярезультирующие сигналы управлениядля регулятора 9. В установившемсясостоянии контуров адаптации (приравенстве нулю управляюц 4 их сигналов)будет обеспечено выполнение условиямаксимума отношения моц 4 ности сигналак суммарной мощности помехи и внут. ренних шумов. Регуляторы веса другихдополнительных антенн, которые принимают преимущественно полезный сигнал, обеспечивают его синфазное сложение с сигналом, принимаемым основным облучателем.Благодаря введению в устройствоконтуров управления по полезномусигналу и по помехе, аттенюаторов,осуществляюц 4 их нормирование сигналов ошибки к уровню средней мощности помех и полезного сигнала, а также сумматоров сигналов ошибки обеспечена возможность компенсации помехипри минимальном (для каждого конкретного случая) снижении мощности полезного сигнала.После завершения процесса адапта"ции на выходе фильтра 440 нижних частот формируется сигнал, пропорцио 1052383нальный сумме средних мощностей внутренних шумов и остаточной после ком-.пенсации помехе, зависящей от величи ны опорных колебаний на управляющихвходах регулятора комплексного коэффициента передачи. Под действием сигнала с выхода фильтра 40 коэффициенты передачи аттенюаторов 38 и 39 устанавливаются так, чтобы обеспечитьзаданный уровень остаточной мощности помехи, необходимый для ее отслеживания. При воздействии на антеннувторой помехи в соответствующем канале другого дополнительного облучателя происходит аналогичный процессадаптации.В случае воздействия помех насредство широкополосной радиосвязис предложенным уСтройством подавления помех в тот момент, когда еце неосуществлено вхождение в синхронизмблока обработки сигнала, процессадаптации не отличается от аналогич 25 ного процесса в известном устройстве и процесса, обеспечивающего минимум суммы средних мощностей сигнала ипомех. После вхождения в синхронизмблока обработки предложенное устрой 30 ство обеспечивает максимизацию отношения мощности сигнала к мощностипомех на входе приемника средстваширокополосной радиосвязи,Предложенное устройство обеспечи, вает также нечувствительность средства радиосвязи с направленной антенной к сравнительно небольшим отклонениям положения максимума ДН оснсвной антенны от направления приходаполезного сигнала, поскольку благодаря самофокусировке по сигналу максимум результирующей ДН всегда направлен на источник полезного сигналаи снижение коэффициента усиления антенны при указанных отклонениях непроисходит,В предложенном устройстве процессадаптации полностью автоматизировани не требует вмешательства обслуживающего персонала.формула изобретенияАдаптивное устройство подавленияпомех, содержащее рефлектор, основной и дополнительный. облучатели сумматор, первый вход которого соединен с основным облучателем, а второйвход через регулятор комплексногокоэффициента передачи - с дополнительным облучателем, приемный блок,квадратичный амплитудный детекторсигнала, процессор, содержащий дваконтура управления, содержащие каждый коррелятор и сумматор, выходкоторого соединен с управляющим входом регулятора комплексного коэффициента передачи, а также генераторопорных колебаний, подключенный квторому входу коррелятора непосредст,венно, а к второму входу сумматорачерез переменный аттенюатор, о т л ич. а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей за счет увеличения числа одновременно подавляемых пространственноразнесенных помех при максимизацииотношения мощности сигнала и помехина входе приемника, в него введены,И дополнительных облучателей, диаграммы направленности которых, пересекаясь на заданном уровне, заполняют весь телесный угол возможных направлений прихода помех, подключенныхчерез И дополнительных регуляторовкомплексного коэффициента передачик входам весового сумматора, а такжеподключенный к выходу приемного блока блок обработки сигналов, к выходам полезного сигнала и помехи которого. подключены квадратичные амплитудные детекторы сигнала и помехи,имеющие выходы постоянной составляющей и огибающей, которые подключенык процессору, содержащему дополнительно 2 Иидентичных каналов адаптации и генератор 2 Б опорных колебаний, в каждый из контуров управления канала адаптации процессорадополнительно введены управляемыеаттенюаторы, включенные между коррелятором и сумматором, управляющиевходы аттенюаторов оЬьединены и подсоединены к выходу постоянной составляющей амплитудного детектора сигнала, а также последовател ьно соединенные дополнительные коррелятор и аттенюатор, включенные между выходомогибающей амплитудного детектора сигнала и третьим входом сумматора, второй вход коррелятора подключен черезинвертор к соответствующему выходугенератора опорных колебаний, а управляющий вход дополнительного атте нюатора - к выходу постоянной составляющей амплитудного детектора по-.мехи, переменный аттенюатор выполненэлектрически управляемым и к егоуправляющему входу подключен выход ЗО постоянной составляющей амплитудного детектора помехи через фильтрнижних частот, постоянная временикоторого;больше времени адаптацииконтуров управления.1552383 иа нвф Составитель И.ГореловаМотыль Техред Л.Сердюкова КоррекгорВ,Ги дакт Заказ 341 Тираж 529 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открытиям113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д, 4/5 ГКНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж ул Гагарина 1 О