Устройство подавления радиоимпульсных помех

(51 ИСАН РЕТЕНИ ЛЕНИ И тся к радиотехнике вано в составе рарадиолокационных ьсной модуляцией известному закону. личение отношения ЬгОР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Рязанский радиотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1190935, кл, Н 04 В 1/10, 1984.Авторское свидетельство СССРВ 1555867, кл. Н 04 В 1/10, 1988.(54) УСТРОИСТВО ПОДА ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ (57) Изобретение относи и может быть использо диоприемных устройств сигналов с внутриимпул частоты или фазы по Цель изобретения - уве 19 Ж,1658392 А 1 мощности полезного сигнала к мощности радиоимпульсной помехи, характеризующейся резкими изменениями уровня огибающей внутри радиоимпульса или от импульса к импульсу, Устройство подавления радиоимпульсных помех содержит элементы 1, 29, 33 и 34 задержки, вычитатель 2, подстраиваемый по частоте и фазе генератор 3, ключи 4, 15, 22 и 24, квадратичный детектор 5, пороговые элементы 6 и 10, элемент 7 совпадения, ограничитель 8, согласованный фильтр 9, расширители 11 и 28 импульсов, инвертор 12, синхронный детектор 13, усилитель-ограничитель 14, сумматоры 16, 21 и 32, интегратор 17, перемножители 18 и 30, фазовращатели 19 и 31, амплитудный детектор 20, компаратор 23, детектор 25 знака, О-триггер 26, об- ф наружитель 27 сигнала и управляемый интегратор 35, 3 ил.35 40 45 внутриимпульсной модуляцией по частоте и(или) фазе. Помеха представляет собой радиоимпульс длительностью Т, с постоян 55 Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в составе радиоприемных устройств радиолокационных сигналов с внутриимпульсной модуляцией частоты или фазы по известному закону,Цель изобретения - увеличение отношения мощности полезного сигнала к мощности радиоимпульсной помехи, характеризующейся редкими изменениями уровня огибающей внутри радиоимпульса или от импульса к импульсу,На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства подавления радиоимпульсных помех; на фиг, 2 и 3 - эпюры напряжений, поясняющих работу устройства.Устройство подавления радиоимпульсных помех содержит первый элемент 1 задержки, вычитатель 2, подстраиваемый по частоте и фазе генератор 3, первый ключ 4, квадратичный детектор 5, второй пороговый элемент 6, элемент 7 совпадения. ограничитель 8, согласованный фильтр 9, первый пороговый элемент 10, первый расширитель 11 импульсов, инвертор 12, синхронный детектор 13, усилитель-ограничитель 14, второй ключ 15, первый сумматор 16, интегратор 17, первый перемножитель 18, первый фазовращатель 19,амплитудный детектор 20, второй сумматор 21, четвертый ключ 22, компаратор 23, третий ключ 24, детектор 25 знака, О-триггер 26, обнаружитель 27 сигнала, второй расширитель 28 импульсов, второй элемент 29 задержки, второй перемножитель 30, второй фазовращатель 31, третий сумматор 32, третий элемент 33 задержки, четвертый элемент 34 задержки и управляемый интегратор 35,Устройство подавления мощных радио- импульсных помех работает следующим образом.Пусть на вход устройства поступает аддитивная смесь полезного сигнала, некоррелированных с ним помехи и шума, Сигнал представляет собой амплитудно-манипулированную последовательность радиоимпульсов длительностью Т с ной несущей частотой, либо радиоимпульс с внутриимпульсной модуляцией по частоте и (или) фазе, либо квазигармоническое колебание, модулированное по амплитуде и фазе (частоте) по случайному закону, Предполагается, что шумы не вызывают срабатывания обнаружителя мощного процесса (блоки 5 и 6), поэтому не оказывают влияния на принцип действия устройства и в дальнейшем изложении не 5 10 15 20 25 30 учитываются, Параметры сигнала и помехи: задержка во времени, амплитуда (мощность), начальная фаза - полагаются неизвестными (случайными) величинами,Входной процесс задерживается первым элементом 1 задержки на время Т, и поступает на вход первого вычитателя 2, Одновременно задержанный сигнал поступает на вход подстраиваемого по частоте и фазе генератора 3, который вырабатывает колебание постоянной амплитуды с частотой и фазой, приближенно совпадающими с частотой и фазой помехи, Нескомпенсированные остатки помехи с выхода первого вычитателя 2 поступают на синхронный детектор 13, выходной сигнал которого через первый сумматор 16 подается на вход интегратора 17 и далее на вход первого пере- множителя 18, Одновременно с этим на другой вход синхронного детектора 13 и другой вход первого перемножителя 18 через замкнутый первый ключ 4 поступает колебание с выхода подстраиваемого по частоте и фазе генератора 3, В результате на выходе первого перемножителя 18 формируется высокочастотное компенсирующее напряжение, которое через первый фазовращатель 19 поступает на другой вход первого вычитателя 2, Если амплитуда компенсирующего напряжения больше, чем амплитуда помехи на выходе первого элемента 1 задержки, то напряжение ошибки на выходе синхронного детектора 13 отрицательное, что ведет к уменьшению напряжения на выходе интегратора 17 и, соответственно, амплитуды компенсирующего напряжения. Если амплитуда компенсирующего напряжения меньше, чем амплитуда помехи, то знак напряжения ошибки на выходе синхронного детектора 13 положительный, что вызывает увеличение напряжения на выходе интегратора 17 и, следовательно, амплитуды компенсирующего напряжения, Таким образом, в устройстве осуществляется выравнивание амплитуд компенсирующего напряжения и помехи на входах первого вычитателя 2. При этом коэффициент передачи интегратора и петлевое усиление в цепи корреляционной обратной связи выбирают такой величины, чтобы быстродействие цепи подстройки амплитуды компенсирующего напряжения по крайней мере превышало максимальную скорость изменения огибающей помехового колебания,Рассмотрим работу устройства в различных сигнально-помеховых ситуациях, а имен но: 1) п ри воздействии пере к ры вающихся во времени полезного сигнала и мощ 165839255 ной помехи; 2) при воздействии полезного сигнала большого уровня,Пусть на вход устройства поступает аддитивная смесь полезного сигнала и мощной радиоимпульсной помехи (фиг, 2,а), Штриховкой условно показано возникновение биений на участках, где сигнал и помеха перекрываются во времени. На выходе элемента 1 это напряжение повторяется практически без искажений с задержкой во времени на Тз(фиг. 2,6). После детектирования квадратичным детектором 5 напряжение сравнивается с порогом Оп 0 р. во втором пороговом элементе 6 (фиг, 2,в), Пока напряжение на выходе квадратичного детектора 5 меньше, чем Опор (интервал времени 10-11 фиг, 2,в), первый ключ 4 разомкнут, на соо ветствующих входах первого и второго перемножителей 18 и 30 и синхронного детектора 13 установлен нулевой потенциал, на выходах первого и второго фаэовращателей 19 и 31 колебания отсутствуют и входное воздействие без искажений с постоянной задержкой в первом и третьем элементах задержки 1 и 33 передается на выход устройства, Нулевой потенциал на интервале времени т-т 1 поддерживается также и на выходе первого сумматора 16, что обеспечивает запоминание на выходе интегратора 17 постоянного уровня, сформированного к моменту окончания процесса компенсации предыдущего импульса помехи, Как будет понятно из дальнейшего описания работы устройства, в момент замыкания первого ключа 4 при приходе мощной импульсной помехи выходное напряжение интегратора 17, а значит, и уровень компенсирующего напряжения на выходе первого фазовращателя 19, не зависит от амплитуды предыдущего импульса помехи и отличается от Опср менее, чем на величину опорного напряжения О, Поэтому, при возрастании выходного напряжения квадратичного детектора 5 до величины Оп 0 р, в момент времени 11, т.е. когда элемент 7 совпадения вырабатывает прямоугольный импульс строба и напряжение с выхода подстраиваемого по частоте и фазе генератора 3 благодаря замыканию первого ключа 4 через соответствующие цепи регулирования подается на первый вычитатель 2, на выходе петли КОС наблюдается скачкообразное изменение уровня до велики:ы ЛО меньшей чем О, (фиг,2,э).Нэпряжэп 1 е с выхода подстраиваемого по част; и фазе генератора 3 одновременно подэется и на вход синхронного детпк ора 13, при этом интегратор 17 выход 1 11 з режима запоминания и начинает накопп и:е сигнала ошибки с вы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 хода синхронного детектора 13, т.е. устройство с момента времени 1 работает в режиме компенсации помех с медленным изменением уровня огибающей. Отметим, что на выходе компаратора 23 все это время поддерживается низкий логический уровень, так как 1) наинтервале времени ь 0-11 третий ключ 22 разомкнут, на сигнальном входе компаратора нулевой потенциал, который, естественно, меньше опорного уровня О 0; 2) в момент т 1 третий ключ 22 замыкается, однако на сигнальном входе компаратора 23 появляется напряжение ЛО 0, равное амплитуде выходного напряжения петли КОС, которое меньше О 0. Соответственно четвертый ключ 24 разомкнут, на его выходе нулевой потенциал, напряжение на выходе второго сумматора 21, а значит, и на сигнальном входе компаратора 23 равно амплитуде выходного напряжения первого вычитателя 2. Второй ключ 15 также разомкнут, напряжение на входе интегратора 17 равно выходному напряжению синхронного детектора 13, т,е, цепи "быстрой" адаптации (блоки 14, 15, 20 - 24) не оказывают влияние на процесс компенсации помехи,Начиная с момента т 1 на выходе петли КОС напряжение быстро возрастает в соответствии с крутизной пришедшего на вход устройства фронта импульса помехи, который из-за инерционности петли КОС практически без изменения передается на выход первого вычитателя 2,В момент превышения нескомпенсированными остатками помехи на выходе петли КОС уровня Оо включается режим "быстрой " адаптации, На выходе компаратора 23 появляется высокий логический уровень (фиг.2,г), замыкающий второй и четвертый ключи 15 и 24 В результате замыкания второго ключа 15 на вход интегратора 17 через первый сумматор 16 поступает добавочное постоянное напряжение Од 0 б с выхода усилителя-ограничителя 14 (фиг. 2,д). В связи с тем, что знак этого напряжения совпадает со знаком сигнала ошибки на выходе синхронного детектора 13, оба эти напряжения действуют синфаэно и поэтому наблюдается резкое ускорение процесса адаптации устройства к скачкообразному изменению амплитуды помЕхи, Заканчивается режим "быстрой" адаптации после того, как выходное напряжение устройства станет равным нулю. Для этого осуществляется "защелкивание" компаратора 23 напряжением Оз, передаваемым через четвертый ключ 24 на сигнальный вход компаратора и, соответственно, обеспечивается гистерезисная хэрактеристикавключения - выключения режима "быстрой" адаптации: включение этого режима происходит при превышении напряжением на выходе амплитудного детектора 20 величины Оо, выключение - при уменьшении его до нуля,В качестве блока 23 целесообразно использовать компаратор с нулевой зоной, ширина которой равна О. Включение цепей "быстрой адаптации" в этом случае будет происходить в момент превышения напряжением на выходе первого вычитателя 2 величины 01 + О, а выключение - при уменьшении его до 01, Тем самым существенно повышается надежность функционирования устройства, так как обеспечивается отключение цепей "быстрой адаптации" при неполной компенсации помехи из-за аппаратурных погрешностей, а также при на-. личии полезного сигнала на выходе устройства. При этом рекомендуется выбрать величину 01 несколько большей, а О в 3-4 раза превышающей максимальную амплитуду полезного сигнала. В дальнейшем изложении для акцентирования внимания на основных принципах работы устройства и с целью упрощения приводимых эпюр предполагается, что 01=0,Итак, в момент времени 12, когда амплитуда входного сигнала достигла О, включается режим "быстрой" адаптации и, спустя время Ж(Ж 2 намного меньше времени нарастания фронта помехи), напряжение на выходе петли КОС спадает до нуля, При этом четвертый ключ 24 размыкается, и устройство возвращается в режим адаптации к медленным флуктуациям амплитуды помехи.В результате нескольких циклов включения-выключения режима "быстрой" адаптации устройство отслеживает скачкообразное изменение амплитуды помехи с динамической ошибкой, не превышающей О. После окончания фронта помехи устройство переходит в обычный режим адаптации, ошибка компенсации медленно уменьшается со скоростью, обусловленной быстродействием петли КОС.Пусть в момент времени тз (фиг. 2,в) на вход петли КОС поступает наряду с мощной помехой полезный сигнал длительностью Тс. До этого момента цепи управления режимом "быстрой" адаптации ориентируются только на резкие изменения огибающей помехи (так как сигнальных пока просто нет), в связи с чем обнаружитель 27 полезного сигнала не фиксирует присутствие сигнальных составляющих на выходе О- триггера 26, на управляющем входе интегратора 35 поддерживается низкий 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 логический уровень, а на его выходе - нулевой потенциал, Амплитуда корректирующего напряжения на выходе второго фазовращателя 31 равна нулю и колебания с выхода петли КОС через третий сумматор 32 с дополнительной постоянной задержкой в третьем элементе 33 без искажения передаются на выход устройства,Рассмотрим случай, когда амплитуда полезного сигнала превышает уровень Оо, поэтому появление полезного сигнала на выходе петли КОС вызывает включение цепей быстрой адаптации, на выходе петли КОС наблюдается частичное или полное подавление составляющих полезного сигнала (интервал тз - э+ Т фиг. 2,з), Как видно из фиг, 2,д, срабатывание цепей "быстрой" адаптации на интервале сз - тз + Тс совпадает с приходом фронтов импульсов полезного сигнала, причем в случае переднего фронта импульсов напряжение на выходе второго ключа 15 положительное, а для заднего фронта - отрицательное. Покажем, что использование информации о моментах включения - выключения цепей "быстрой" адаптации с одновременным учетом полярности сигнала ошибки петли КОС позволяет в описываемом устройстве при помощи специальной корректирующей цепи восстановить полезный сигнал на выходе устройства,Итак, на интервале времени 1 з - сз+ Т, когда на входе устройства присутствует полезный сигнал, цепи управления режимом "быстрой" адаптации петли КОС ориентируются на составляющие полезного сигнала и частично их подавляют, На фиг, З,а в укрупненном масштабе изображены эпюры сигналов на выходе петли КОС для описываемой ситуации, соответствующие фиг. 2,з, на фиг. З,б представлены короткие импульсы на выходе компаратора 23, соответствующие фиг. 2,г, на фиг. 3, г - соответствующие фиг. 2,д добавочное напряжение на выходе второго ключа 15, подача которого обеспечивает быструю подстройку уровня компенсирующего напряжения до амплитуды входного сигнала, Момент захвата цепями "быстрой" адаптации фиксируется цепями анализа, содержащими детектор 25 знака, О-триггер 26 и обнаружитель 27 сигнала. Для этого детектор 25 знака определяет полярность сигнала ошибки компенсации на выходе синхронного детектора 13, которая, как видно из фиг, З,в, изменяется не только в начале и в конце подавляемых импульсов (как помеховых, так и сигнальных), но и внутри импульса помехи на интервале времени, когда, петля КОС отслеживает медленные изменения уровня компенсируемой помехи, На фиг. З,в появление положительного по 1658392 10стоянного напряжения свидетельствует о недокомпенсации помехового колебания и соответствует высокому логическому уровню на выходе детектора 25 знака. появление отрицательного напряжения - о работе петли КОС в режиме перекомпенсации, которое соответствует низкому логическому уровню на выходе блока 25,Как видно из фиг, 2.в,д, для переднего фронта сигнальных импульсов (впрочем, как и для помехи) характерен режим недокомпенсации, для заднего - перекомпенсации, а резкие изменения компенсирующего уровня, когда включается режим "быстрой" адаптации, вызвано, как правило, началом или окончанием помехового (сигнального) импульса. Поэтому, можно утверждать, что если в момент включения компаратора 23 сигнал ошибки компенсации на выходе синхронного детектора 13 был положительным, то включение режима "быстрой" адаптации обусловлено действием переднего фронта компенсируемого импульса, если отрицательным - действием заднего фронта. На основе этого правила можно восстановить структуру подавляемых сигналов, устанавливая на выходе логического элемента (блок 26) высокий логический уровень при определении прихода переднего фронта подавляемого импульса и низкий при фиксировании заднего фронта этого импульса. Эту операцию осуществляет О-триггер 26, на сигнальный вход которого подается напряжение с выхода детектора 25 знака, а на вход синхронизации - с выхода компаратора 23, В результате на выходе триггера 26 изменение уровня наблюдается только в момент срабатывания цепей "быстрой" адаптации (фиг. З,д), а записанный в эти моменты времени на выход триггера уровень сохраняется до прихода следующего импульса с выхода компаратора 23 независимо от изменения полярности сигнала ошибки на интервале компенсации медленных флуктуаций амплитуды помехи. Таким образом, на выходе 0-триггера 26 формируется бинарная последовательность, в которой изменения логического уровня синхронны с фронтами как мощного помехового колебания, так и слабых сигнальных импульсов (фиг, З,д). Обнаружитель 27 сигнала фиксирует наличие в этой последовательности ориентации на сигнальные составляющие и в конце интервала анализа (для простоты в конце пачки импульсов длительности Т,) формирует короткий стандартный импульс (фиг. З,е), свидетельствующий о захвате и подавлении цепями "быстрой" компенсации петли КОС полезного сигнала. Второй расширитель 28 импульсов по переднему 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фронту импульса обнаружения формирует строб длительностью Тс (фиг. З,ж), который переводит управляемый интегратор 35 в активный режим, Параметры интегратора 35 идентичны параметрам интегратора 17 петли КОС и поэтому на всем протяжении строба он формирует напряжение, которое является задержанной во втором элементе 34 копией составляющих выходного напряжения интегратора 17, появившихся в результате действия цепей "быстрой" адаптации. Здесь добавочное напряжение с выхода второго ключа 15 задерживается в элементе 34 на время, равное времени анализа в обнаружителе сигнала 27 (в данном случае на Тс, фиг. З,з), и синхронно с импульсом строба подается на вход интегратора 35. В результате на его выходе формируется последовательность импульсов (фиг. З,и), повторяющая огибающую составляющей компенсирующего напряжения петли КОС, обусловленной действием цепей "быстрой" адаптации. После переноса этой последовательности видеоимпульсов на высокую частоту во втором перемножителе 30, на другой вход которого поступает синхронно задержанная в элементе 29 несущая компенсирующего напряжения, сформированное таким образом корректирующее напряжение через второй фаэовращатель 32 подается на вход сумматора 32, На другой вход сумматора поступает синхронно с корректирующим напряжением задержанный в третьем элементе задержки 33 сигнал с выхода петли КОС (фиг. З,л). В результате суммирования полностью восстанавливается полезный сигнал (фиг. З,и),который и передается на выход устройстваТаким образом, в предлагаемом устройстве значительное подавление помехи происходит без ослабления полезного сигнала даже в том случае, когда уровень полезного сигнала оказывается выше О и вызывает срабатывание цепей "быстрой" адаптации, При действии на вход устройства мощного полезного сигнала канал обнаружения мощного процесса срабатывает так же, как и в случае мощной помехи, На выходе согласованного фильтра 9 формируется сжатый импульс большой амплитуды, так как в этом случае напряжение на выходе ограничителя 8 оказывается сильно корреклированным с полезным сигналом, Сжатый импульс с задержкой Тс относительно начала прихода полезного сигнала поступает на вход первого порогового элемента 10, фиксирующего момент прихода полезного сигнала, Импульс с выхода элемента 10 преобразуется в расширителе 11 в импульс длительности Т инвертируется инвертором 12 и поступа 1658392 12ет на вход элемента 7 совпадения, который запирает первый ключ 4.Таким образом, при действии полезного сигнала большой мощности происходит обнуление компенсирующего и корректирующего напряжений, полезный сигнал проходит через первый элемент 1 задержки, первый вычитатель 2, третий элемент 33 задержки и третий сумматор 32 без искажений, Постоянная задержка в элементах 1 и 33 является систематической ошибкой измерения времени прихода сигнала и может быть легко учтена при дальнейшей обработке,Формула изобретения Устройство подавления радиоимпульсных помех, содержащее соединенные последовательно ограничитель, согласованный фильтр, первый пороговый элемент, первый расширитель импульсов, инвертор и элемент совпадения, соединенные последовательно первый элемент задержки, вход которого соединен с входом ограничителя и является входом устройства. квадратичный детектор и второй пороговый элемент, выхоД которого соединен с другим входом элемента совпадения, первый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом элемента совпадения, соединенные последовательно первый фазовращатель, вычитатель, другой вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, и синхронный детектор, соединенные последовательно первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом синхронного детектора, интегратор и первый перемножитель, другой вход которого с другим входом синхронного детектора, соединенные последовательно усилитель-ограничитель, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, и второй ключ, выход которого соединен с вторым, входом первого сумматора, соединенные последовательно амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом вычитателя, и второй сумматор, третий ключ, выход которого соединен с другим входом второго сумматора, компаратор, выход которого соединен с уп 10 15 20 25 30 35 40 45 равляющими входами второго и третьего ключейсигнальный вход третьего ключа и первый вход компаратора являются входом постоянного опорного напряжения устройства, перестраиваемый по частоте и фазе генератор, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения отношения мощности полезного сигнала к мощности радиоимпульсной помехи, характеризующейся резкими изменениями уровня огибающей внутри радиоимпульса или от импульса к импульсу, и уменьшения искажения полезного сигнала, в него введены соединенные последовательно О-триггер, вход синхронизации которого соединен с выходом компаратора, обнаружитель сигнала и второй расширитель импульсов, детектор знака, вход и выход которого соединены соответственно с выходом синхронного детектора и с сигнальным входом О-триггера, соединенные последовательно второй элемент задержки, вход которого соединен с другим входом синхронного детектора и с выходом первого ключа, второй перемножитель, второй фазовращатель и третий сумматор, выход которого является выходом устройства, третий элемент задержки, вход и выход которого соединены соответственно с выходом вычитателя и с другим входом третьего сумматора, соединенные последовательно четвертый элемент задержки, вход которого соединен с выходом второго ключа, и управляемый интегратор, управляющий вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго расширителя импульсов и с другим входом второго перемножителя, четвертый ключ, вход и выход которого соединены соответственно с выходом второго сумматора и с вторым входом компараторэ, а управляющий вход четвертого ключа соединен с выходом элемента совпадения, вход первого ключа соединен с выходом перестраиваемого по частоте и фазе генератора, выход первого перемножителя соединен с входом первого фазовращателя.1658392 ставитель В.Степановхред М.Моргентал Корректо Редактор В,Бугренкова Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1722 Тираж 40 ВНИИПИ Государственного комите 113035, МоскваПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР