Устройство подавления радиоимпульсных помех

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 69899 5 ц 5 Н 04 В 1/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Рязанский радиотехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 1494225, кл, Н 04 В 1/10, 1987,(54) УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ РА-ДИОИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ(57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обеспечения помехоустойчивого приема в радиоприемных устройствах различного назначения. Цель изобретения - уменьшение некомпенсированных остатков радиоимпульсных помех с протяженными.фронтами и внутриимпульсными скачкообразными изменениями огибающей. Устройство подавления радиоимпульсных помех содержит амплитудный детектор 1, второй элемент 2 задержки, первый блок 3 выборки и хранения, первый вычитатель 4, сглаживающий фильтр 5, модулятор.б, коммутатор 7, первый элемент 8 задержки, пороговый блок 9 формирования импульса управления коммутатором, подстраиваемый по частоте и фазе генератор 16, блоки 11.1-11.й ;искретного формирования уровня компенсирующего напряжения, вторые элементы 12.1-12,И задержки, мультиплексор 13, первый компаратор 14, блок 15 автоматического выбора рабочего канала. Формирование уровня компенсиру)ощего напряжения в устройстве осуществляется адаптивной многока нальной схемойпозволяющей исключить возможность подавления полезного сигна- У ла на выходе устройства. 2 з.п,ф-лц, 5 ил, (О-триггер 19 обкеружитель 20 полезного сигнала, блок 21 формирования модуля сигнала, второй компаратор 22,Блок 15 автоматического выбора рабочего канала содержит М расширителей 23. 1-23 лч сигнала, 8-1 ключей 24,1-24.8-1, параллельный сумматор 25.Устройство работает следующим образом.Пусть на вход устройства поступает аддитивная смесь полезного сигнала некоррелированной с ним помехи и шума. Сигнал представляет собой амплитудоманипулированную последовательность радиоимпульсов длительностью Тс с внутриимпульсной, модуляцией по частоте и (или) фазе. Помеха представляет собой радиоимпульс длительности Тл с постоянной несущей частотой, либо радиоимпульс с внутриимпульсноймодуляцией по частоте и (или) Фазе, либоквазигармоническое колебание, модулированное по амплитуде и фазе (частоте) послучайному закону, Предполагается, что шу 40 45 50 Изобретение относится к радиотехникеи может быть использовано для обеспечения помехоустойчивого приема в радиоприемных устройствах различного назначения,Цель изобретения - уменьшение нескомпенсированных остатков радиоимпульсных помех с протяженными фронтамии внутриимпульсными скачкообразными изменениями огибающей,На фиг.1 представлена структурная 10электрическая схема устройства подавления радиоимпульсных помех; на фиг.2 -структурная электрическая схема блокадискретного формирования уровня компенсирующего напряжения; на фиг.З - 15структурная электрическая схема блока ав, томатического выбора рабочего канала; нафиг.4 - эпюры напряжений, поясняющиеработу устройства,Устройство подавления радиоимпульсных помех содержит амплитудный детектор1 второй элемент 2 задержки, первый блок3 выборки и хранения, первый вычитатель 4,сглаживающий фильтр 5, модулятор 6, коммутатор 7, первый элемент 8 задержки, пороговый блок 9 формирования импульсауправления коммутатором, подстраиваемый по частоте и фазе генератор 10, блоки11,1-11.М дискретного формирования уровня компенсирующего напряжения, вторые 30элементы 12,1-12.8 задержки, мультиплексор 13, первый компаратор 14, блок 15 автоматического выбора рабочего канала,Блок 11 дискретного Формированияуровня компенсирующего напряжения содержит второй блок 16 выборки и хранения.Второй вычитатиь 17, детектор 18 знака,мы ввиду своей малости не вызывают срабатывания порогового блока 9, поэтому не оказывается влияния на принцип действия устройства и в дальнейшем изложении не учитываются. Параметры сигнала и помехи: задержка во времени, амплитуда (мощность), начальная фаза полагаются неизвестными (случайными) величинами. Входное воздействие без учета шумовых составляющих представлено на фиг,4 а, Штриховкой условно показано возникновение биений на участках, где полезный сигнал и помеха перекрываются во времени, На выходе элемента 8 это напряжение повторяется практически без искажений с задержкой времени на Тзд, Пока напряжение на выходе элемента 8 Овых не превышает Опор - уровня входного сигнала, необходимого для устойчивой работы подстраиваемого по частоте и фазе генератора 10 - пороговый блок 9 поддерживает на своем выходе низкий логический уровень, "0" на выходе порогового блока 9 соответствует устойчивому состоянию коммутатора 7, при котором выход коммутатора 7 соединен с его нижним по схеме (фиг,1) входом, Таким образом, пока ОвхОпор, входной сигнал без изменений с постоянной задержкой в первом элементе 8 через коммутатор 7 передается на выход устройства. При превышении входным напряжением порогового уровня Ор пороговый блок 9 формирует на своем выходе высокий логический уровень, при котором выход коммутатора 7 оказывается соединенным с его верхним по схеме (фиг.1) входом, а входной сигнал с постоянной задержкой в элементе 8 через соединенные последовательно подстраиваемый по частоте и фазе генератор 10, модулятор 6 и ком-, мутатор 7 поступает на выход устройства. В этом режиме работы устройства подстраиваемый по частоте и фазе генератор 10 вырабатывает квазигармоническое колебание постоянной амплитуды с частотой и фазой, близкими х частоте и фазе доминирующей компоненты задержанного в элементе 8 входного процесса, а модулятор 6 осуществляет перенос напряжения - свободной от помеховых составляющих огибающей входного сигнала - в область высоких частот,Амплитудный детектор 1 выделяет огибающую входной аддитивной смеси полезного сигнала и помехи (фиг.4 б), которая затем квантуется по уровню в М параллельно работающих блоках 1.11-11.М. Каждый -ый блок 11. осуществляет квантование входного сигнала с постоянным шагом Оспорь причем Оорю -ф Ор;, где Ц = 1,М;51015 20 25 30 35 50Ф ), Значения величин О 0,0 рь = 1,М распределены по всему динамическому диапазону устройства либо по линейному, либо по более сложному закону, выбранному, например, с учетом статистики распределения амплитуд полезного сигнала и помехи на входе устройства, Для простоты описания работы устройства примем, что величины О 0 п 0 р 1 распределены по линейному закону, При этом пусть М-ый блок 11,Ч осуществляет квантование входного сигнала с наибольшим шагом, равным верхней границе динамического диапазона обрабатываемых в устройстве сигналов Омакс, э дискретизатор с номером 11.1 - с шагом, незначительно превышающим Опор. Условимся также, что блок 11.1, величина шага которого О 0 п,рь незначительно превышает Оь где О - амплитуда полезного сигнала, при выполнении условия О 0 порь 1 Ос в текущий момент времени называть рабочим, а канал формирования огибающей компенсирующего напряжения, включающий этот блок - рабочим каналом.При отсутствии полезного сигнала во входном процессе (интервалы времени 1 о-мс 1+Тсо+Тп, фиг,4) рабочим естественно является первый канал формирования огибающей компенсирующего напряжения. при этом выходное напряжение первого блока 11,1 (фиг.4,в) с постоянной задержкой на длительность полезного сигнала Т- в элементе 12.1 (фиг.4 ж) передается на выход мультиплексора 13 (соответствующие интервалы времени то+Та-т;-То, т 1+2 Т- - 0+Тп+Тс, фиг.4 и), При поступлении на вход устройства наряду с мощной помехой полезного сигнала, амплитуда которого превышает величину О 0 пор 1, на выходе первого блока 11,1 появляются компоненты, связанные с полезным сигналом (интервал с 1-т 1.ф.Тс, фиг,4 в), а в момент окончания полезного сигнала т 1+Т, на выходе обнаружителя этого блока формируется короткий стандартный импульс (фиг,4 г), свидетельствующий об обнаружении составляющих полезноо сигнала на его выходе. Пои проведении той же операции квантования с большим, чем Оопср 1 шагом, на выходе блоков 11, порядковый номер которых превышает некоторое значение ), наблюдается полное сглаживание составлявших полезного сигнала (фиг,4 д), Это происходит, когда ошибки квантования, максимально достигающие величины Оопор, превышают амплитуду полезного сигнала О Так как в этих каналах отсутствуют составляющие полезного сигнала на выходе блоков 11, то отсутствует и импульс обнаружения на выходах обнаружителя соответствующих блоков 11.) - 11,И (фиг,4 е), При выполнении условия Оопор 1-1Ос )-й канал на интервале т 1-11+Т является рабочим, формируемое напряжение с задержкой в элементе 12,) (фиг,4 з) на интервале времени с 1+Т-т 1+2 Тс появляется на выходе мультиплексора 13 (фиг,4 и). Переключение каналов формирования уровня компенсирующего напряжения осуществляется с помощью мультиплексора 13 по сигн "лу с блока 15, на многоразрядном выходе которого в текущий момент времени выоабатывается цифровой код, соответствую.ций номеру рабочего канала - канала с наименьшим номером, на выходе обнаружителя блока 11 которого на предыдущем интервале времени Тс отсутствовал стандартный импульс обнаружения.Задержка на Тс в блоках 11.1 - 11.М позволяет исключить возможность появления компонента полезного сигнала в формируемом компенсирующем напряжении в интервале обнаружения полезного сигнала на выходе блоков 11.1 - 11,М, так как при этом момент выбора номера рабочего канала блоком 15 и момент обнаружения захвата полезного сигнала в блоках 11,1 - 11.й оказываются синхронно задержанными во времени,В момент появления на выходе мультиплексора 13 полезного сигнала осуществляется переключение каналов формирования уровня компенсирующего напряжения таким образом, побы на выход мультиплексора 13 подавался сигнал с рабочего, а не с первого канала, как зто было при отсутствии полезного сигнала, Однако. при переключении каналов возможно появление значительных скачков уровня компе; сирующего напряжения, так как различля в уровнях формируемых сигналов и. выходах различных каналов в один и о. же м,1 ент времени могут достигать зна ительной величины. соизмеримой с шагом кеантова: ия соответствующих блоков ", 1 уровня. Для уменьшения коммутационных помех такого рода в первом ксмпараторе 14 производится сравнение напряжения на выходе мультиплексора 13 и синх; онно задержанного с ним во втором элементе задержки 2 огибающей входного сигнала, В моменты равенства этих двух напряжений на выходе первого компаратсра 14 формируются короткие стандартные импульсы,фиг.4 к), по переднему фронту которых происходит запись задержанной огибающей входного сигнала на выход блока 3 фиг,4 л). Так как моменты пеоеключения рабочего канала в общем случае не связаны с соотношением междууровнем напряжения на выходе мультиплексора 13 и амплитудой входя: .о сигнала, то в бло 1698997ке 3 происходит нейтрализация возникающих в мультиплексоре 13 коммутационных помех. Срабатывание блока 11 рабочего канала приводит к выравниванию напряжения на выходе мультиплексора 13 и напряжения нз входе устройства, что фиксируется первым компаратором 14, В эти моменты времени по сигналу с выхода компаратора 14 осуществляется запись уровня входного напряжения нз выход блока 3, Таким образом, моменты квантования входного напряжения в рабочем канале дешифруются первым компаратором 14, а собственно работа блока 11 рабочего канала дублируется, но уже без коммутационных помех блока 3.Полученная таким способом огибающая компенсирующего напряжения вычитается в первом вычитателе 4 из синхронно задержанной с ним вторым элементом задержки 2 огибающей входного процесса. Ввиду того, что уровень компенсирующего напряжения в текущий момент времени отличается от амплитуды входного воздействия на величину, не превышающую шаг квантования блока 11 рабочего канала, то и на выходе вычитателя 4 максимальный уровень напряжения не будет превышать величину шага квантования рабочего канала. Затем напряжение выхода вычитателя 4 (фиг. 4 м), в котором наряду с сигнальными составляющими присутсгвуют незначительные компоненты нескомпенсировзнных остатков помехи, приводится сглаживающим фильтром 5 к первоначальной ширине спектра - априорно известной максимальной ширине спектра полезного сигнала, В результате этого существенно уменьшаются резкие выбросы огибающей выходного напряжения, обусловленные квантованием входного процесса е рабочем канале, сигнальные компоненты при этом остаются практически без изменения. В модуляторе 6 полученная огибающая переносится в область высоких частот (фиг,4 н), происходитвосстановление высокочастотной структуры полезного сигнала и далее через коммутатор 7 полученное напряжение поступает на выход устройства.В случае прихода на вход устройства аддитивной смеси полезного сигнала и мощной радиоимпульсной помехи е зависимости от амплитуды входного воздействия различаЮтся два режима работы устройства.ОвхОпор, В этом случае входная смесь без изменения поступает на выход устройства, так как подстраиваемый по частоте и фазе генератор 10 работает неустойчиво, эффективность цепей компенсации низка, 10 15 ного сигнала. В результате компенсирующее напряжение не содержит сигнальных составляющих, на выходе первого вычитателя 4 формируется низкочастотное напряжение, максимально приближенное к уровню и форме огибающей полезного сигнала. Одновременно с этим подстраиваемый по частоте и фазе генератор 10 вырабатывает высокочастотное напряжение постоянной амплитуды и фазы близким частоте и фазе. полезного сигнала. Поэтому на выходе модулятора 6 происходит практически полное восстановление полезного сигнала, который затем через коммутатор 7 с постоянной 20 25 30 ОвхОпор.Осуществляется компенсация помехового колебания. В отсутствие полезного сигнала уровень нескомпенсированных остатков помех не превышает величины наименьшего шага квантования -Оопорь а при появлении полезного сигнала - Оопор 1 шага квантования блока 11 рабочего канала, величина которого близка к амплитуде полезного сигнала.Приход на вход устройства полезного сигнала большого уровня в отсутствии помехового колебания не приводит к его подавление в цепях компенсации устройства, Кзк и в рассмотренном случае прихода нз вход устройства аддитивной смеси полезногосигнала и помехи выход мультиплексора 13 автоматически соединяется с выходом рабочего канала, на выходе которого в этот момент времени нет составляющих полеззадержкой в элементе 2 передается на выход устройстваРассмотрим работу блоков 11.1 - 11 М. Так кзк схемы и принципы функционирования всех блоков 11 уровня идентичны между собой, рассмотрим работу лишь одного блока 11, например, с номером 11.1, Эпюры напряжения в характерных точках схемы представлены на фиг,5, причем фиг.5 а и фиг.5 ж аналогичны эпюрам, приведенным на фиг.4 в и фиг.4 г.Входной сигнал, представляющий собой огибающую входной аддитивной смеси сигнала и помехи, одновременно поступает на входы второго блока 16 и второго вычитателя 17, Пусть до прихода на вход блока 11.1 сигнала на выходе второго блока 16 был записан нулевой потенциал (фиг,5 а, сплошная линия). На выходе второго вычитателя 17 формируется напряжение (фиг.5 а), равное разности между текущим входным напряжением и напряжением на выходе второго блока 16, Затем абсолютная величина этого напряжения, вырабатываемая блоком 21, передается на вход второго компаратора 22 где осуществляется ее сравнение с величиной;порного напряже 1698997 10ния О 0 п 0 р 1, При достижении уровня выходного напряжения блока 21 величины Оопср 1 на выходе компаратора 22 вырабатывается короткий стандартный импульс (фиг.5 г), длительность которого достаточна для точной записи уровня входного напряжения блока 11.1 на выход блока 16, Таким образом, как только напряжение на выходе блока 11,1, постоянное в режиме хранения блока 1 б, становится отличным от уровня входного напряжения блока 11.1 на величину Оопор 1, происходит скачкообразное выравнивание этих напряжений, т,е. обеспечивается квантование огибающей входного процесса с шагом О 0 лр 1. Одновременно с процессом записи напряжения в блоке 1 б на выход О-триггера 19 производится запись логического уровня, формируемого детектором 18 из выходного напряжения второго вычитателя 17 (фиг,5 д), Положительное напряжение на выходе вычитателя 17 соответствует высокому логическому уровню на выходе детектора 18, отрицательное "0". Как видно из фиг,5 а, в рассматриваемом случае амплитуда полезного сигнала меньше величины шага квантования О 0 п 0 р 1, моменты изменения логического уровня на выходе детекгсра .Р (Фиг.5 е) оказываются ориентированными на составляющие полезного сигнала. Обнару- житель 20 фиксирует корреляцию между выходнымм напряжением О-триггера 19 и полезным сигналом по окончании времени анализа (в дан нси случае .равным длител ьности полезнсгс сигнала Т) на выхода сбнаружителя 20, а значит и на выходе обнаружителя блока ",1.1 появляется короткий стандартный импульс обнаружения,Рассмотрим раооту блока 15,Пусть в -1-ом канале формирования огибаюгцей компенсирующего напряжения произошло обнаружение на выходе цепей дискретизации составляющих полезного сигнала, т,е, в момент окончания полезного сигнала на выхода обчаружителя блока ",1 появился короткий стандартный импульс обнаружения. В этот момент блок 15 должен сформировать на своем многоразрядном выходе цифровой код, соответствующий числу , т,е. номер следующего за -1 канала дискретизации, Этот код должен поддерживаться на выходе блока 15 неизменным интерг.;ал времени, равный длительности полезного сигнала Т конечно, если за это время не появится импульс обнаружения в любом другом канале дискретизации с большим номером, Такова логика работы блока 15,Реализуется эта логика следуюгцим образом. Импульс обнаружения, поступивший 5 10 15 20 25 35 40 45 5 Р 55 на 1-1-ый вход блока 15, расширяется по длительности полезного сигнала Тс в расширителе 23 ли затем подается на сигнальный вход ключа 24.1-1, В зависимости от уровня напряжения на управляющем входе ключа 24 различаются два режима его работы; неискаженная передача входного напряжения ключа на его выход, когда на управляющем входе установлен "0", и принудительная установка высокого выходного логического уровня, когда на управляющем входе ключа 24 "1". Пусть в рассматриваемый интервал времени на входах блока 15 поддерживается 0", Последовательно просмотрев с учетом этого логические состояния ключей 24, начиная с ключа 24 с наибольшим номером й, легко придти к выводу, что при названных начальных условиях на управляющем входе Н-го ключа 24 поддерживается "0", Поэтому входной высокий логический уровень -1-го ключа 24 без изменения проходит на -1-ый вход параллельного сумматора 25 и управляющий вход ключа 24,1", Появление "1" на управляющем входе -2-ого ключа 24 вызывает последующую принудительную установку в "1" -3-его ключа 24 с одновременной подачей "1" на 1-3"ый вход пзр: - . 1 ле, ьнсго сумматора 25, в свою очередь "1" на ь.ходе -3-ого ключа 24 переводит ключ 25,-4 в высокое выходное логическое состояние, и т.д. дс ключа 24,1 включительно и соответственно первого входа параллельного сумматора 25,Таким образом, в момент прихода 1-1- ый вход блока 15 импульса обнаружения на первых -1-ых входах параллельного сумматора 25 автоматически устанавливается "1", а на остальных М- входах параллельного сумматора 5 продолжает поддерживаться "0". С учетом дспслнитель.ого входа парал;:Ол ног, суму др.э ":; от;о; в пссояннс подана 1, на а 1.ходе раллельного сук матооа 25 в этот мс;1;:нт устанавливается число , г,е, нс мер ра 5 очегс канала с наименьшим нс,.брсь; в выходном напряжении кото,".,ого в текущий момент времени отсутствуют составля;с цие полезного сигнала.При отсутствии импульсов обнаружения в последуац ие моменты всемени на входах блока 15 с номерами с 1-ого по Ы-ый, сформир;ванный блоком 15, код благодаря расширению импульса сбна 1 мжения в 1-1-ом расшири 1 еле 23. ,1 г льссвбудетгсддерживаться постоя. ым -есь интервал Тс,предло.сннае у:трсйстас обеспечивает, сни кение мс.;насти нескомпенсированнь х.татков помех на выхо,е устройства при неискаженной передаче полезного сигнагга со входа устройства на его выход, обесг;ечивает по:ышен;е:-хсустойчивости ивходом первого вычитателя, и первый блок выборки и хранения, управляющий вход которого соединен с выходам первого компаратара, а выход соединен с вторым входам первого вычитателя, падстраиваемый по частоте и фазе генератор, вход которою сое. динен с выходом первого элемента задержки, а выход соединен с входом модулируемаго сигнала модулятора, И каналов, каждый из которых образован паследовательным соединением блока дискретногоформирования уровня компенсирующею напряжения и второго элемента задержки, входы блоков дискретного формирования уровня компенсирующего напряжения соединены с выходом амплитуднога детектора, вход которого соединен с входом устройства, вцходц вторых элементов задержки са 35 уменьшение вероятности маскирования полезнога сигнала на выходе приемнога устройства радиотехнической системы,Формула изобретения1. Устройство подавления радиаимпульсных помех, содержащее амплитудный детектор, соединенные последовательно первый элемент задержки, вход которога является входом устройства, и коммутатор, выход которого является выходам устройства, управляащий вход соединен с, выходом порогового блока формирования импульса управления коммутаторам, а другой вход соединен с выходом модулятора, соединен,ные последовательно первый вычитатель и сглаживающий фильтр, выход которого соединен с входам мадулируащега сигнала мапулятора, а т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с ,целью уменьшения нескампенсираванныхостатков радиоимпульсных помех с протя,женными франтами и внутриимпульсными скачкообразными изменениями агибающей, в него введены блок автоматическоговыбора рабочего канала, соединенные последовательна мультиплексор, управляющий вход которого соединен с выходом блока автоматичсскага выбора рааочего канала, и первь,й компаратор. соединенные последовательна второй элемент задержки, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход соединен с другим входол первого компаратора и первым единены с соответствующими сигнальными входами мультиплексора, каждый вход блока автоматического выбора рабочего канала соединен с выходом сигнала обнаружителя полезного сигнала одного из блоков дискретного формирования уровня кампенсируощега напряжения, при этом вход порогового блока формирования импульса управления коммутатором соединен с выходом первого элемента задержки,2. Устройство па п.1, отл ича ю ще ес я тем., чта блок автоматического выбора рабочего канала содержит М расширителей импульсов, вход каждого из которых является саответствуощим входом блока, и Иключей, выход 1-го й=1,2 М) расширителя импульсов соединен с сигнальным входом 1-го ключа, управляющий вход)-го 0=1,2.Й) ключа соединен с выходом )+1-го ключа, управляющий вход К-га ключа соединен с выходом М-го расширителя импульсов, выходы ключей и К-го расширителя импульсов соединены с соответствующими входами параллельного сумматора, выход которого является выходам блока,3, Устройство по п.1, отл ич а ю щеес я тем, что каждый блок дискретного формирования уровня компенсирующего напряжения содержит соединенные последовательно второй блок выборки и хранения, вход которого является входом блока дискретного формирования уровня компенсирующего напряжения, а его выход является выходом блока дискретного формирования уровня компенсирующего напряжения, второй вычитатель, другой вход которого соединен с входом блока формирования модуля сигнала, и второй компаратор, другой вход которото является входом опор-, ного напряжения, а выход соединен с С-входом О-триггера и управляющим входом второго блока выборки и хранения, детектор знака, вход которого соединен с выходом второго вычитателя, а выход соединен с О-входом О-триггера. обнаружитель полезного сигнала, вход которого соединен с выходом О-триггера, а выход является выходам сигнала обнарунсителя полезного сигнала блока дискретного формирования уровня компенсирующего напряжения.1698997 Фд) Составитель Н.МельниковРедактор Н.Горват Техред М.Моргентал Корректо и Заказ 4402 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 б оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10