Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

Таблица

Едва

Методы борьбы с флуктуационными радиопомехами. Интегральный и корреляционный методы приема

Меры борьбы с флуктуационными помехами основываются нё&

выводах общей теории оптимальных методов приема.

Структура тракта обработки суммы сигнала и радиопомехи определяется формой радиочастотного сигнала и принятым кри-

терием оптимальности.

При приеме непрерывных сигналов неизвестной формы, амплитудный спектр которых сосредоточен согласно регламенту частот в необходимой полосе частот, используют в качестве критерия оптимальности минимальное среднее квадратическое отклонение сигпала от исходного за счет радиопомехи. В этом случае нормированная амплитудно-частотная характеристика оптималь-

ного ВЧ тракта

Уопт -2 5? (©)/[5? (в) - 22 (©)],

Е? (&) — квадратичная спектральная плотность радиопомехи. Отсюда следует, что в области частот, где 5?(%)» Е (®) относитель-

ный коэффициент передачи уопт («) =1. Таким образом, тракт дол-

жен быть неискажающим. В области частот, где 5? (%) < РЕ? (о), ко- эффициент передачи уоп=$? (в(®)/Ё? в < 1, т. е. относительный коэффициент передачи для компонентов сигнала, пораженных

плотность помехи по отношению к спектральной плотности сигнала.

При приеме дискретных сигналов известной формы, используемых при передаче сообщений, в качестве критерия оптимально-

сти принята минимальная вероятность ошибок воспроизведения сообщения. Этому критерию соответствуют либо максимум апо-

стериорной вероятности того, что в смеси сигнала известной формы и помехи существует интересующий нас сигнал, либо макси-

мум функции правдоподобия. Эти критерии определяют алго-

ритм обработки смеси сигнала и помех в приемнике. Обработка сигнала и помех возможна на основе временных либо частотных

271

Характеристик сигнала. На рис. 9.20,а изображена структурная

к эффективному напряжению помехи. Напряжение смеси сигнала

плитудно-частотная и фазочастотная характеристика которого яв-

ляются комплексно-сопряженными спектру сигнала, т. е. К(®)= =а5* (6). На выходе этого фильтра за время запаздывания фо,

равное длительности сигнала Т или превышающее его, формируется максимально возможное напряжение сигнала по отношению к эффективному напряжению помехи. Далее следует пороговое устройство, обеспечивающее принятие решения о наличии сигнала, ссли суммарное напряжение на выходе фильтра превышает по-

рог Й, или об отсутствии сигнала, если суммарное напряжение на выходе фильтра окажется ниже порога Й.

На рис. 9.20,б6 изображена структурная схема оптимального

приемника сигнала, основанного на обработке во временной об-

ласти. В качестве устройства, максимизирующего отношение пикового напряжения сигнала к эффективному напряжению глад-

кой помехи, используется коррелятор. Коррелятор представляет собой сочетание идеального перемножителя и интегратора, вы-

полняющих операцию вычисления

т

(и, (1)5(0 4 где и (® =$5()| п(1.

0

Вы`одное напряжение коррелятора сравнивается с тем же порогом, что и в схеме рис. 9.20, аа Операции, соответствующие

ния с использованием указанных структурных схем будут одинаковыми Вместе с этим применение коррелятора требует совпа-

дения момента прихода сигнала в смеси сигнала и помех и момента ^`‘лючения опорного сигнала $(!) к входу перемножителя. Таким образом, для реализации корреляционного метода приема

272

*

необходима цепь синхронизации (ЦС), управляющая включени- ем опорного сигнала и подготовкой устройства к следующему

циклу прихода сигнала.

В приемнике сигнала известной формы возможны ошибки двух типов: пропуск сигнала и ложный сигнал. Если ошибки обо-

Этот оптимальный порог Йот будет зависеть от отношения сиг- нал-помеха. Такие условия характерны для связных радиосис-

тем, использующих сигналы с пассивной паузой.

Для радиолокационных систем эти ошибки не равноценны.

Здесь следует минимизировать ошибку пропуска цели при заданной вероятности «ложной» тревоги, соответствующей ошибке ти-

па ложного сигнала.

Указанный критерий оптимизации, определяющий порог Йопт, получил название критерия Неймана— Пирсона. Этот критерий,

объектов, ибо пропуск цели может привести к более тяжелым последствиям по сравнению с появлением ложной цели, так как это последнее вызывает лишь ложную тревогу и принятие мер к перехвату цели, хотя в действительности ее нет.

Структурные схемы устройства для различения т детерминиро-

ванных сигналов изображены на рис. 9.21 и 9.22. Устройство обработки смеси сигнала и гладких помех (рис. 9.21) содержит т

оптимальных фильтров (ОФ'.—ОФ»„), коэффициенты передачи которых соответственно равны комплексно-сопряженному значе-

Корреляторы

,По ТЕ

вхо

273

нию спектра сигналов $,(#), 52(%)}, ..., 5т(Ё), т. е. К! (6) =а5$*!1(6),

К? (0) =а5*›(0), ... Ки (0) =а5*т. На вход оптимальных фильт- ров вводится принимаемый сигнал и‹ (№) и флуктуационная поме-

ха иш(Р). В приемнике имеются т фильтров, каждыи из которых обеспечивает максимум отношения пикового значения одного из

сигналов к эффективному значению гладкой помехи.

На выходе блока оптимальных фильтров включено сравнивающее устройство, позволяющее определить, какой из вариантов

сигнала передается в данный момент, Здесь также отсчет уровня

на вход каждого коррелятора поступает сумма в виде 5,([Р) одного из 71 — сигналов и иш(Ё) — шума.

В приемнике имеются 7 генераторов сигнальных напряжений

($ь 5.2, .., 5т), каждый из которых подключен к своему умножи- телю функций, действующему в составе коррелятора. Каждый из умножителей (Умн) осуществляет синхронное перемножение суммы сигнала и шума с одним из вариантов сигнала. Выходное напряжение умножителей подводится к интеграторам (Инт). Очевидно, при использовании в системе связи слабо коррелированных или некоррелированных вариантов сигнала, в частности

ортогональных сигналов, максимальное выходное напряжение за время существования сигнала окажется в том канале, где на

ностью передаваемый вариант сигнала.

Пользуясь данными на выходе сравнивающего устройства. можно регенерировать принимаемый сигнал. Для этого на выходные зажимы регенератора достаточно включить напряжение генератора сигнала, соответствующее обнаруженной реализации.

Корреляционный метод приема позволяет выполнить измерение уровня сигналов существенно ниже внутреннего шума при-

емника. В радиоастрономии, например, для измерения уровня излучения небесных тел используются так называемые радиометры. Структурная схема радиометра изображена на рис. 9.23. В

(енератор мовулирующ

Напряжения

Рис. 9.23

274

этом устройстве между антенной и входом приемника включен модулятор, обеспечивающий измерение уровня шума Галактики, поступающего от антенны. Собственный шум приемника не моду-

лируется, поэтому в спектре его шума нет составляющих с частотой модуляции Г», фазы которых жестко связаны (коррели-

рованы) с фазой колебаний генератора модулирующего напряжежения. Суммарное напряжение модулированного шума антенны и немодулированного шума приемника усиливается и детектиру-

ется. К выходным зажимам детектора приемника подключен коррелятор, который осуществляет перемножение колебания местно-

го гетеродина и колебания на выходе детектора, а также интегрирование полученного произведения.

Постоянная времени интегратора может быть увеличена с целью получения большего выходного напряжения, однако при этом

будет увеличено время наблюдения и, как следствие, зафиксиро- вано менышее количество новых сведений о шуме Галактики в

единицу времени.

9.4. Индустриальные радиопомехи и методы борьбы с ними

Характеристики индустриальных радиопомех

Индустриальные радиопомехи создаются различного рода электроустановками. Спектры индустриальных радиопомех, создаваемых источниками, могут быть сплошными, линейчатыми и промежуточного типа, причем расположение максимумов интенсивности спектра зависит не только от формы импульсов тока источника помех, но и от характеристик цепи связи источника помех с окружающим пространством и приемным устройством.

При оценке ‘общего характера изменения спектральной плотности индустриальных радиопомех в широком диапазоне частот следует учесть, что изменения тока в реальных устройствах про-

исходят с конечной скоростью в течение конечных интервалов времени. Поэтому основная энергия помехи находится в области

сравнительно низких частот и в диапазоне УКВ обычно оказывается малой. На рис. 9.24 изображена зависимость спектральной плотности от частоты для радиопомехи в виде импульса, имеюшего вонечную “тительность. Цепь связи с окружающим просг-

Рис. 9.24

275

ранством имеет максимум коэффициента передачи на частоте р, поэтому в спектре импульсной помехи появляется максимум на частоте о. Очевидно, на частотах, близких к р, может наблю-

даться как уменьшение уровня помех с увеличением частоты при Е>р, так и его увеличение при {<р.

Снособы борьбы с индустриальными радиономехами

Борьба с индустриальными радиопомехами может проводиться как в приемных устройствах, так и в месте возникновения ра-

диопомех—у самого источника. Выбор метода борьбы с индустриальными радиопомехами проводится на основе сравнения тех-

нико-экономических характеристик и последствий, связанных © реализацией принятого метода.

Уменьшение уровня радиопомех в месте их возникновения осуществляется следующими способами: 1) применением электроустановок, работающих без резких изменений тока; 2) применением специальных устройств, обеспечивающих надежные контакты в электрических цепях; 3) экранированием излучающих цепей или размещением всего источника в экранированной камере; 4) включением помехоподавляющих фильтров в сети питания источников помех.

Радиоприемник, как и любой радиотехнический аппарат, яв- ляется источником радиопомех, поэтому принимают меры, обеспечивающие необходимое ослабление поля излучения и напряжения помех на проводах, подключенных к приемнику. Особое внимание при конструировании приемника уделяют снижению уровня колебаний гетеродина, проникающих к антенне. Излучение колебаний гетеродина создает радиопомехи другим приемникам и, кроме того, в условиях военных действий позволяет противнику определить наличие сосредоточения войск.

Относительно больший уровень радиопомех создают телевизионные радиоприемники из-за кратковременных мощных импульсов тока строчной частоты, существующих в цепях развертки. В этих приемниках тщательно экранируется блок строчной развертки.

Для уменьшения уровня напряжения гетеродина на зажимах антенны приемника используют усилители высокой частоты с малой обратной проводимостью У. В сетевые провода включают

помехоподавляющие фильтры, и, кроме того, сетевую обмотку силового трансформатора экранируют электростатическим экраном от остальных обмоток.

Государственные нормы обязательного подавления индустриальных радиопомех

В результате научных исследований в нашей стране разработаны нормы предельно допустимых индустриальных радиопомех, принятые в качестве обязательных для всех предприятий, выпускающих или эксплуатирующих любые

электроустройства [35]. Запрещены производство и эксплуатация электроуста-.

276

новок с уровнем помех выше предельно допустимых норм. Все источники помех разделены на группы, для каждой из которых определеиы количественные характеристики норм. Уровни предельно допустимых индустриальных радиопомех желательно установить ниже атмосферных и космических помех. Однако для мощных силовых установок это требование < трудом осуществимо, а в некоторых случаях экономически не оправдано, так как обычно эти устройства размещаются на большом расстоянии от жилых массивов либо от приемных центров, где эксплуатируются радиоприемники, и поэтому создают малый уровень помех в месте приема.

Нормами предельно допустимых индустриальных радиопомех учтено снижение требований к уровию» помех, создаваемых источником, в зависимости от типа источника н условий его эксплуатации, а также в результате оценки экономической целесообразности затрат на борьбу с помехами.

В «Нормах предельно допустимых индустриальных радиопомех» регламентируются два показателя: уровень поля радиопомех и уровень напряжения ра-

диопомех.

Уровнем поля радиопомех, создаваемых источником, называется максималь-

ренных напряжений между любыми из его зажимов, к которым подключаются внешние провода, либо между каждым из проводов и корпусом источника помех или землей, либо между двумя любыми точками металлического корпуса этого источника.

Допустимые уровни напряжения и поля радиопомех 1—2000 мкВ. Меньшие значения соответствуют группам маломощных электроустановок.

Изм ерители радиопомех

Измерение электромагнитной активности источника радиопо-

мех осуществляется с помощью специальных измерительных ра- диоприемников— измерителей помех (ИП) [36].

Современные измерители помех представляют собой приемники супергетеродинного типа с калибруемым коэффициентом усиления и стандартными параметрами детектора и выходного уст-

ройства. Калибровка усиления производится с помощью специ- ального эталонного генератора эдс, встроенного в ИП. -

В качестве эталонного генератора обычно используется шумовой диод. Полоса пропускания высокочастотного тракта ИП,

работающих в диапазоне частот 0,15—20 МГц, равна 9 кГц--20% на уровне 0,5, что соответствует ширине полосы частот, отводимой для радиовещательных станций. На частоте 20—150 МГц регламентируемая полоса пропускания тракта 100 кГц-10%, на

частотах 150—400 МГц 250 кГц 10%.

Детектирование сигнала на выходе тракта последней промежуточной частоты осуществляется диодным Детектором со стан-

277

дартными постоянными времени цепей заряда и разряда емкости нагрузки детектора Постоянные времени заряда т. приняты равными:

10 мс для ИИ, работающих в диапазоне частот 0,15—20 МГц,

1 мс для ИП с диапазоном частот 20—400 МГц. Постоянная времени разряда для всех ИП тр,=600 мс. Постоянная времени ин-

дикаторного прибора постоянного тока, включенного на выходе и градуированного в микровольтах, ти,=200--400 мс.

В качестве типовых антенн ИП используются: в диапазоне 9,15—20 МГц — однометровая штыревая антенна, в диапазоне частот выше 20 МГц — полуволновый вибратор.

Технические требования на измерители радиопомех изложе-

ны в ГОСТ 11001—69 «Радиопомехи индустриальные. Измерители радиопомех. Технические требования».

Структурная схема типового измерителя помех -изображена жа рис. 9.25. В комплект ИП входят: стандартные приемные ан-

мым для калибровки усиления приемника перед началом измереНИЙ.

Генератор включается переключателем П и регулятором усиления устанавливают необходимое усиление, пользуясь показаниями выходного прибора (ВП).

Приемник имеет на входе регулируемый эталонный аттенюатор (Ат) для расширения диапазона измеряемых уровней радиопомех. На выходе ВЧ тракта включен детектор со стандартными постоянными времени заряда и разряда емкости нагрузки. Далее

‹ледует усилитель ностоянного тока (УПТ) и выходной прибор постоянного тока, шкала которого проградуирована в микроволь-

тах входного напряжения.

К входным зажимам приемника могут быть подключены любая из стандартных антенн либо провода для измерения уровня напряжения радиопомех.

278

10. Прием амплитудно-модулированных сигналов

10.1. Структурная схема приемника АМС

Амплитудно-модулированные сигналы (АМС) широко используются в системах телефонной радиосвязи, радиовещания в диа-

пазонах длинных, средних и коротких волн, а также в телеграфной радиосвязи при слуховом приеме телеграфных сообщений,

передаваемых кодом Морзе. Из курса «Теория передачи сигналов» известно, что амплитудная модуляция имеет низкую помехоустойчивость по сравнению с другими видами модуляции (частотная, фазовая, балансная и однополосная). Однако свойственная ей простота осуществления определила области ее применения. Улучшение энергетического выигрыша можно получить, применяя в передатчике подавление несущего колебания и одной из боковых полос модуляции, а в приемнике— восстановление не-

сушего колебания.

Обобщенная структурная схема приемника АМС изображена на рис. 10.1. Радиоприемник содержит высокочастотный тракт,

выделяющий спектр желательного сигнала, амплитудный детек- тор и низкочастотный тракт.

Высокочастотный тракт супергетеродинного приемника содержит преселектор, преобразователь частоты и усилитель промежуточной частоты. При одноручечном управлении настройкой и одинаковых элементах перестройки точное сопряжение настройки преселектора и гетеродина осуществляется лишь на нескольких частотах настройки. В остальных точках диапазона нреселектор оказывается расстроенным относительно несущей частоты входного сигнала. Вследствие этого амплитудно-частотная харак-

теристика отклоняется от необходимой.

Как было отмечено ранее, оптимальная характеристика высокочастотного тракта в области частот, где спектральная плот-

ность мощности желательного сигнала существенно превышает спектральную плотность мощности помех, амплитудно-частотная

и фазочастотная характеристики должны соответствовать идеальным условиям неискаженного воспроизведения сигнала (равно-

мерная амплитудно-частотная и линейная фазочастотная характеристики). При отклонении этих характеристик от идеальных

возникают искажения сигнала.

279

10.2.Линейные искажения АМС

ввысокочастотном тракте приемника

При анализе линейных искажений сигнала пользуются общей методикой, включающей следующие моменты:

1) представление входного сигнала в виде частотного спектра составляющих;

2} изменение каждой составляющей спектра в соответствии

с комплексным коэффициентом усиления тракта; 3} представление суммы измененных составляющих (состав-

ляющих выходного напряжения или тока) в виде функции времени;

4) сопоставление законов изменения амплитуды входного н

выходного напряжений с целью получения количественной харак-

теристики искажения сигнала.

При исследовании процесса прохождения сигнала, имеющего дискретный ограниченный спектр, через высокочастотный тракт приемника удобно пользоваться рядом Фурье.

При исследовании искажения сигнала со сплошным спектром пользуются интегралом Фурье либо преобразованием Лапласа.

Определим искажения простейшего амплитудно-модулирован- ного колебания высокочастотным трактом.

Предположим, что на входе тракта, имеющего четно симметричную амплитудно-частотную характеристику и нечетно симметричную фазовую характеристику, действует амплитудно-моду-

где Иж — амплитуда несущего колебания.

График входного напряжения показан на рис. 10.2. Спектр колебания получаем, раскрывая скобки в формуле (10.1) и раз-

Ивых = К Что ЯП + тИтК (®,9)— с0$ [(&—9)1--

+9, — ©) тОнь К (9) с05 (в -- 9) #4 9-9]. (10.3)

Если тракт имеет симметричные амплитудно-частотную и фа- зочастотную характеристики, т. е. К (+9) =К (®,—=К(®)@)= —=Коу (0), Ф(0о-- О) =—Ф(®о—@),

Ивых — И” о вых п -- Твых $1 “( — 1) $ 5 р, (10.4)

280