мультипликативное устройство защиты от узкополосных помех с адаптивным порогом обнаружения

Формула изобретения

Мультипликативное устройство защиты от узкополосных помех с адаптивным порогом обнаружения, содержащее последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, разветвитель, блок умножения, полосовой фильтр нижних частот, усилитель, причем второй вход блока умножения соединен с вторым выходом разветвителя, отличающееся тем, что введены ограничитель снизу, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), предназначенная для определения оптимального значения порогового напряжения, электронный ключ, при этом выход ограничителя снизу соединен с входом усилителя промежуточной частоты, выход усилителя соединен с входом АЦП и с вторым входом электронного ключа, выход которого является выходом устройства, второй выход ПЛИС соединен с входом ЦАП, выход которого соединен с вторым входом ограничителя снизу, первый вход которого является входом устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в приемных устройствах.

Известны устройства подавления узкополосных помех, описанные в а.с. №1688416, Н04В 1/10, а также в патентах РФ №2034403, Н04В 1/10, №2204203, Н04В 1/10, недостатком которых является невысокая степень подавления узкополосных помех.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является мультипликативное устройство защиты от узкополосных помех, по патенту №2287899, Н04В 1/10, принятое за прототип, структурная схема которого приведена на фиг.1, где обозначено:

2 - усилитель промежуточной частоты;

3 - разветвитель;

4 - блок умножения;

5 - полосовой фильтр нижних частот;

усилитель.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты 2, разветвитель 3, блок умножения 4, полосовой фильтр нижних частот 5, усилитель, выход которого является выходом устройства, причем второй вход блока умножения 4 соединен со вторым выходом разветвителя 3, вход усилителя промежуточной частоты 2 является входом устройства.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Поступающая с выхода усилителя промежуточной частоты 4 аддитивная смесь сигнала и помехи разделяется на два одинаковых сигнала в разветвителе 3 и поступает на входы умножителя 4. Результат перемножения аддитивной смеси сигнала и помехи самой на себя (комбинационные составляющие) поступает на полосовой фильтр 5.

Полоса фильтра выбирается таким образом, что полосовой фильтр 5 пропускает сигнал в диапазоне частот

f _в...f_н:

где

В формулах (1), (2) использованы следующие обозначения:

fвс - верхняя частота сигнала;

fнс - нижняя частота сигнала;

fвп - верхняя частота помехи;

fнп - нижняя частота помехи.

То есть, полосовой фильтр 5 пропускает комбинационные составляющие помехи и сигнала разностной частоты:

и комбинационные составляющие сигнала разностной частоты:

где U_С1, U _С2, U_P, _C1, _C2, _P, _C1, _С2, _P - амплитуда, частота и фаза частотных составляющих сигнала и узкополосной помехи соответственно.

Следовательно, через полосовой фильтр 5 проходят комбинационные составляющие разностной частоты узкополосной помехи и сигнала и не проходят комбинационные составляющие узкополосной помехи, поскольку они находятся вне его полосы пропускания, в случае, когда на входе приемника присутствуют только сигнал и одна узкополосная помеха, или сигнал и несколько узкополосных помех и максимальное «расстояние» по частоте между узкополосными помехами не превосходит значения нижней частоты полосового фильтра 5.

Недостатком устройства-прототипа является низкая степень подавления помех в случае, когда на входе приемника присутствует мощная узкополосная помеха и несколько менее мощных помех и «расстояние» по частоте между узкополосной помехой и другими помехами превышает значение нижней частоты полосового фильтра нижних частот, так как в этом случае образуются комбинационные составляющие между мощной узкополосной помехой и другими помехами, которые проходят на выход устройства.

Для устранения указанных недостатков в устройство подавления узкополосных помех с адаптивным порогом обнаружения, содержащее последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, разветвитель, блок умножения, полосовой фильтр нижних частот и усилитель, причем второй вход блока умножения соединен со вторым выходом разветвителя, согласно изобретению, введены ограничитель снизу, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) и электронный ключ, при этом выход ограничителя снизу соединен с входом усилителя промежуточной частоты, выход усилителя соединен с входом АЦП и со вторым входом электронного ключа, выход которого является выходом устройства, второй выход ПЛИС соединен с входом ЦАП, выход которого соединен со вторым входом ограничителя снизу, первый вход которого является входом устройства.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг.2, где обозначено:

1 - ограничитель снизу;

2 - усилитель промежуточной частоты (УПЧ);

3 - разветвитель;

4 - блок умножения;

5 - полосовой фильтр нижних частот;

6 - усилитель;

7 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП);

8 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);

9 - программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС);

10 - электронный ключ.

Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные ограничитель снизу 1, УПЧ 2, разветвитель 3, блок умножения 4, полосовой фильтр нижних частот 5, усилитель 6, АЦП 8, ПЛИС 9 и электронный ключ 10, выход которого является выходом устройства, а также ЦАП 7, выход которого соединен со вторым входом ограничителя снизу 1. При этом второй выход разветвителя 3 соединен со вторым входом блока умножения 4, выход усилителя 6 соединен со вторым (аналоговым) входом электронного ключа 10, выход ПЛИС 9 соединен с входом ЦАП 7, первый вход ограничителя снизу 1 является входом устройства. Первый вход электронного ключа 10 является цифровым.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В приемном устройстве на втором входе ограничителя снизу 1 формируется пороговое напряжение, значение которого оптимально, т.е. на выходе УПЧ 2 присутствует мощная узкополосная помеха, сигнал и часть менее мощных помех, превысивших порог. В этом случае образуется меньшее число комбинационных составляющих между мощной узкополосной помехой и другими помехами, так как часть помех не проходит на выход ограничителя снизу 1.

Для поиска оптимального значения порогового напряжения могут применяться любые известные оптимизационные методы, например, такие как метод деления пополам, метод золотого сечения и т.д.

Рассмотрим пример работы предлагаемого устройства при реализации в качестве оптимизационного метода деления пополам.

Передающее устройство в начале каждого цикла передает служебную информацию - кодовый сигнал, состоящий из 7...10 (определяется расчетным или опытным путем) одинаковых кодовых групп объемом 5...10 бит (определяется расчетным или опытным путем).

Поступающая с выхода УПЧ 2 аддитивная смесь сигнала и помехи разделяется на два одинаковых сигнала в разветвителе 3 и поступает на соответствующие входы блока умножения 4. Результат перемножения аддитивной смеси сигнала и помехи самой на себя (комбинационные составляющие) поступает на полосовой фильтр 5.

На первом шаге в приемном устройстве на второй (управляющий) вход ограничителя снизу 1 с выхода ЦАП 7 поступает напряжение, значение которого минимально.

В этом случае на вход АЦП 8 с выхода усилителя 6 поступают комбинационные составляющие принятой смеси сигнала и помехи, превысившие порог. Первая группа кодового сигнала с выхода АЦП 8 поступает в ПЛИС 9, где сравнивается с копией кодового сигнала. Если результат сравнения (коэффициент совпадения) превышает пороговое значение коэффициента совпадения, определяемого расчетным путем, то цифровое значение порогового напряжения, вырабатываемое в ПЛИС 9, не изменяется. В противном случае в ПЛИС 9 рассчитывается цифровое значение напряжения, равное среднему значению первого и второго промежуточных значений порогового напряжения:

Здесь U_m - текущее значение порогового напряжения,

U_n1 - первое промежуточное значение порогового напряжения,

U _n2 - второе промежуточное значение порогового напряжения.

На первом шаге первое промежуточное значение порогового напряжения принимается равным минимальному значению порогового напряжения, второе промежуточное значение порогового напряжения принимается равным максимальному значению порогового напряжения.

Полученное значение напряжения фиксируется как текущее значение порогового напряжения.

На последующих шагах расчет значений порогового напряжения осуществляется следующим образом.

При обработке очередной группы кодового сигнала на вход разветвителя 3 с выхода УПЧ 2 поступает часть аддитивной смеси сигнала и помех, превысившей порог.

Кодовый сигнал и помеха в цифровом виде с выхода АЦП 8 поступает в ПЛИС 9, где сравнивается с копией кодового сигнала. Если результат сравнения (коэффициент совпадения) превышает порог совпадения, то цифровое значение порогового напряжения, вырабатываемое в ПЛИС 9, не изменяется, процесс поиска оптимального значения порогового напряжения останавливается, на втором выходе ПЛИС 9 формируется единичное напряжение, поступающее на цифровой вход электронного ключа 10 и открывающее его.

Если коэффициент совпадения не превышает порог совпадения и превышает коэффициент совпадения, полученный на предыдущем шаге, то в качестве первого промежуточного значения запоминается текущее значение напряжения, полученное на предыдущем шаге:

U_n1 =U_m(n-1),

где U_m(n-1) - текущее значение напряжения, полученное на предыдущем шаге,

n - номер текущего шага процесса.

Если коэффициент совпадения не превышает порог совпадения и не превышает коэффициент совпадения, полученный на предыдущем шаге, то в качестве второго промежуточного значения запоминается текущее значение напряжения, полученное на предыдущем шаге:

U_n2=U _m(n-1).

Текущее значение порогового напряжения рассчитывается по формуле (1).

Процесс продолжается до тех пор, пока коэффициент совпадения не станет равным или не превысит пороговое значение коэффициента совпадения, или пока не будут исчерпаны все кодовые группы служебного сообщения.

После чего осуществляется прием информации, причем в приемном устройстве используется оптимальное значение порогового напряжения.

При скорости передачи информации 1200 бит/с служебное сообщение, содержащее 12 кодовых групп по 10 импульсов, составляет 10% от объема передаваемой информации, если темп адаптации равен 1 циклу в секунду, и соответственно составляет 1% от объема передаваемой информации, если темп адаптации равен 1 циклу в 10 секунд.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство обеспечивает нормальную работу приемника, независимо от уровня помех (в пределах динамического диапазона приемника) в случае, когда ширина полосы частот узкополосных помех и «расстояние» по частоте (разность частот) между ними не превышает значения нижней частоты полосового фильтра нижних частот и амплитуда других помех не превышает амплитуду сигнала.