Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиопомехи и помехоустойчивый прием. Методы повышения помехозащищенности. Учебное пособие
.pdf
Тогда для
p
p
p
p
M
M
M
M
M
p
p
виде):
и
пуо
рр
пуо 11
рр
рр
пу 11
рр
можно записать (в несколько упрощенном
пу
1max max
1min min
1max max
1min min
M
... ( ,..., ) ...
... ( ,..., ) ...
wp pdpdp
пуо MM
M
M
wp pdpdp
пу MM
M
, (1.4)
, (1.3)
где
,...,
pp
1
– параметры устройства или системы, определяющие
качество выполнения их функций (например, чувствительность, точность оценки параметров сигналов, вероятности ошибок и т. д.);
( ,..., )
wpp – плотность распределения вероятности параметров
пуо 1
,...,
pp
1
(частных технических характеристик) устройства или систе-
мы при действии на нее n-й организованной помехи и помех естественного происхождения;
вероятности параметров
ствии только помех естественного происхождения;
,...,
pp – соответственно нижние и верхние предельные зна-
1max max
M
( ,..., )
wp p – плотность распределения
пу 1
,...,
pp
1
устройства или системы при дей-
,...,
pp,
1min min
M
чения параметров, ограничивающих область, в пределах которой
устройство или система могут выполнять свои функции; M – общее
количество параметров, определяющих качество функционирования
устройства или системы.
Из (1.3) и (1.4) вытекают пути повышения
пуо
и
. Они долж-
пу
ны быть такими, чтобы обе вероятности были как можно более высокими, т. е. обработка сигналов в устройстве или системе должна быть
такой, чтобы на результаты обработки помехи влияли как можно
меньше.
К таким мерам в первую очередь можно отнести защиту от пере-
грузок, всевозможные виды селекции, адаптивную
обработку сигна-
лов и т. д.
11
Подводя краткий итог сказанному, отметим, что реализация мер и
технических решений, направленных на повышение помехозащищенности, отличается широтой и многообразностью.
Можно выделить два основных направления повышения помехо-
защищенности. Первое – определяет общую идеологию построения
защищаемого устройства или системы и, по сути, во многом сводится
к повышению скрытности его работы и уменьшению уровня
их входе. Второе – диктует требование повышать (сохранять) частные
технические характеристики в условиях действия помех.
помех на
12
2. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРУЗОК
Важнейшим условием успешного применения большинства мето-
дов повышения помехозащищенности является защита приемного
устройства от перегрузок. Поэтому в данном разделе рассмотрены технические решения, обеспечивающие линейность приемного тракта,
а также его защиту от перегрузок.
Основными из них являются:
системы автоматической регулировки усиления;
специальные меры защиты от перегрузки.
2.1. Причины возникновения перегрузок
и их последствия
Рассмотрим влияние помехи высокого уровня на тракт приемника.
Как известно [2, 5], помеха, уровень которой превышает верхний предел линейности амплитудной характеристики тракта, будет выводить
его в режим насыщения. Следствием этого будут два основных явления, снижающие эффективность работы.
1.
Тракт становится невосприимчив к изменениям амплитуды при-
нимаемого сигнала. В частности, это явление наглядно показано на
рис. 2.1, на котором видно, что слабый сигнал из-за мощной помехи
будет подавляться.
2.
Искажаются спектральные характеристики помехи и сигнала,
что приводит к снижению эффективности методов частотной селекции
и большинства других методов подавления помех.
В обоих случаях без принятия мер, предотвращающих перегрузки,
борьба с помехами становится невозможной. Рассмотрим эти меры.
13
Рис. 2.1. К пояснению перегрузки приемного тракта [2]
2.2. Автоматические регулировки усиления
Общая идея любой автоматической системы регулировки уси-
(сокращенно АРУ) заключается в том, чтобы посредством сни-
ления
жения коэффициента передачи тракта приемника или иного устройства
обработки сигналов обеспечивать уровни сигналов на входах потенциально перегружаемых элементов, не выходящими за пределы их линейных режимов. Для этого системой АРУ решаются две задачи. Вопервых, оцениваются уровни обрабатываемых сигналов. Во-вторых,
основании этих оценок осуществляется собственно регулировка усиления. При этом, если опасность представляют помехи, то система
АРУ должна осуществлять регулировку усиления именно по ним.
В отличие от привычной инерциальной АРУ, работающей в радиоприемных устройствах по уровню полезного сигнала, система АРУ
в условиях действия помех должна неким образом выделять помехи
и осуществлять регулировку усиления, руководствуясь именно их
уровнем. Эта особенность наложила отпечаток на построение систем
АРУ, работающих в условиях действия помех.
Рассмотрим некоторые технические решения, реализующие рассмотренные выше особенности и требования.
на
14
Классическая инерциальная АРУ
Р
Для начала определим воздействие помех на классическую инерциальную АРУ. Это позволит, во-первых, определить степень, область
ее применимости для борьбы с помехами, а, во-вторых, определить
пути ее развития с целью повышения эффективности работы в условиях действия помех.
Структура классической АРУ показана на рис. 2.2. В её состав входят
следующие основные элементы:
детектор АРУ;
фильтр продетектированного видеосигнала;
усилитель сигнала управления;
каскад с регулируемым усилением.
Приемник
Ut
ВХ
Рис. 2.2. Функциональная схема инерциальной АРУ
KU
U
ФНЧ
АРУ
Р
Усилитель
Ut
Детектор
АРУ
АРУ
ВЫХ
Напомним, что классическая инерциальная АРУ работает по среднему уровню амплитуды обрабатываемого сигнала. При этом усреднение амплитуды осуществляется фильтром продетектированного сигнала. Он является фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания
которого удовлетворяет условию
где
– минимальная частота в спектре полезного сигнала, которым
min
, чаще даже
min
, (2.1)
min
осуществляется модуляция амплитуды.
15
В противном случае система АРУ будет подавлять полезную амплитудную модуляцию принимаемого сигнала.
Оценим воздействие помех на тракт с такой АРУ.
Если помеха является непрерывной (например, это может быть
прямошумовая, АМ или ЧМ шумовая помеха) и выполняется условие
(2.1), то рассматриваемая АРУ будет отрабатывать ее как обычный
сигнал, на работу с которым она и рассчитана. Будет определяться
средний уровень амплитуды помехи, система АРУ будет его поддерживать, предотвращая перегрузку помехой приемного тракта (или
в более общем случае – тракта обработки).
Классической инерциальной АРУ будет достаточно для предотвращения перегрузки.
Принципиально иначе дело будет обстоять, если помеха является
импульсной. В этом случае получим следующее
. При поступлении
мощной импульсной помехи длительность отклика на выходе ФНЧ
АРУ намного превысит длительность помехи (рис. 2.2). Снижение коэффициента передачи тракта будет сохраняться некоторое время после
прекращения ее действия. Коэффициент передачи восстановится не
сразу. Если это приемник, то после прекращения импульса помехи он
на некоторое время станет терять чувствительность, которая
будет
восстанавливаться не сразу, а постепенно. Причем время восстановления будет зависеть как от амплитуды, так и от длительности помехового импульса.
Решением этой проблемы является переход к специальным системам АРУ, предназначенным для работы в условиях действия мощных
кратковременных помех.
Рассмотрим эти системы подробнее.
Быстрая автоматическая регулировка усиления (БАРУ)
Эта система используется в трактах обработки сигналов, имеющих
ограниченную длительность (например, в приемниках радиочастотных
импульсов). Структурно эта система напоминает классическую инерциальную АРУ. Различия заключаются в следующем:
обычно она охватывает один каскад (точнее, имеет многопетле-
вую структуру, каждое из колец которой охватывает обычно не более
одного каскада);
16
длительность переходного процесса в фильтре АРУ
()
фильт
удовлетворяет условию
, (2.2)
где
,
сигн помех
– соответственно длительности полезного сигнала
сигн фильт помех
и помехи.
Действие БАРУ заключается в следующем.
В силу выполнения условия (2.2) она не реагирует на воздействие
полезного сигнала. За время его действия напряжение на выходе ФНЧ
не успевает сформироваться. И значительного уменьшения коэффициента усиления тракта не происходит.
При действии помехи, имеющей большую, чем сигнал, длительность, сигнал на выходе фильтра успевает сформироваться, усиление
тракта снижается, и перегрузка исчезает. После прекращения помехового импульса восстановление усиления тракта происходит достаточно
быстро, за время, соизмеримое с
фильт
.
АРУ «вперед»
Еще большего эффекта можно добиться, если выполнить БАРУ по
структуре АРУ «вперед» [6]. В этом случае удастся избежать задержек,
вносимых защищаемыми каскадами. Время реакции АРУ на изменение
амплитуды сигнала (из-за появления помехи) сократится.
2.3. Специальные меры защиты от перегрузок
Еще одной часто применяемой мерой защиты от перегрузок является организация специальной амплитудной характеристики тракта
(в литературе эта мера часто называется
регулировкой усиления
– МАРУ). Чаще всего её реализуют в виде
логарифмической зависимости. Для этого широко используют одно из
следующих решений [2, 6]:
мягкое плавное ограничение сигнала в тракте промежуточной
частоты;
применение многокаскадных усилителей-детекторов с последо-
вательным отключением каскадов.
мгновенной автоматической
17
Если первое решение достаточно очевидно, то второе требует разъ-
яснений. Структура МАРУ, реализующая второе решение, представлена на рис. 2.3.
Ut
ВХ
Усилитель-
ограничитель
1
Усилитель-
ограничитель
2
Усилитель-
ограничитель
N
Детектор
1
U
Детектор
2
U
1Д
Сумматор
2Д
Ut
ВЫХ
Детектор
N
U
ДN
Рис. 2.3. Структура МАРУ с отключаемыми каскадами
В состав МАРУ входит многокаскадный усилитель (радио или
промежуточной частоты), к выходам каскадов которого подключены
амплитудные детекторы.
Работа МАРУ осуществляется следующим образом.
При поступлении на вход слабого сигнала цепочка каскадов работает в линейном режиме без амплитудного ограничения. С выходов
детекторов снимаются и суммируются продетектированные сигналы.
При этом результат суммирования будет
определяться сигналом последнего детектора, поскольку на его входе и выходе имеют место
сигналы с наибольшими амплитудами.
По мере роста амплитуды входного сигнала усилительные каскады
начнут перегружаться. Происходить это будет последовательно, начиная с последнего и далее к первому по мере роста амплитуды сигнала
на входе усилительной цепочки. При этом
перегрузившиеся каскады
не будут передавать изменения амплитуды сигнала. Соответственно с
подключенных к их выходам детекторов будут сниматься постоянные
уровни, а изменения амплитуды будут передавать детекторы, стоящие
на выходах не перегрузившихся каскадов. В результате будет формироваться амплитудная характеристика с плавным ограничением.
18
3. СЕЛЕКЦИЯ ПОЛЕЗНОГО СИГНАЛА
НА ФОНЕ ПОМЕХ
Наиболее распространенной и эффективной мерой повышения помехозащищенности является селекция. Видов селекции очень много.
Объединяет их общая идея – принцип селекции. Он заключается в следующем.
Для выделения сигнала на фоне помех следует использовать различия между ними в любой из их характеристик.
Соответственно, если сигнал и помеха приходят с разных направ
лений, то используют
и помеха различаются по поляризации, –
цию
; по спектральным характеристикам – частотную селекцию; по
времени прихода, периоду повторения или длительности –
селекцию
Рассмотрим названные виды селекции подробнее.
; по амплитуде – амплитудную селекцию и т. д.
пространственную селекцию. Если сигнал
поляризационную селек-
временную
-
3.1. Пространственная селекция
Обеспечивается за счет формирования специфической диаграммы
направленности антенны (ДНА) или специальными мерами (угловое
стробирование, компенсация помех, принимаемых боковыми лепестками диаграммы направленности антенны).
3.1.1. Селекция за счет формирования ДНА
Принцип данного варианта обеспечения селекции заключается в
следующем. Как показано в [6], оптимальная форма ДНА, при которой
обеспечивается максимизация отношения сигнал/помеха на выходе
антенны, определяется соотношением (рис. 3.1)
19
()
F
F
()
F
с
0,5 ( )
FF
0 п
, (3.1)
где
ние интенсивности сигнала по угловой координате θ);
– пространственный спектр полезного сигнала (распределе-
()F
с
– интенсив-
0
ность тепловых шумов;
п
()F
– про-
странственный спектр помехи (распределение интенсивности помехи
по угловой координате θ).
По форме соотношение (3.1) повторяет известное выражение для
амплитудной частотной характеристики оптимального фильтра Винера, с той лишь разницей, что фильтр
Рис. 3.1. Оптимальная ДНА
осуществляет селекцию полезных
сигналов во временной области,
а антенна в области угловых положений. Следует отметить, что
эта
общность, или подобие, присуща и другим видам селекции.
Из (3.1) следует, что оптимальная по форме ДНА (точнее, близкая
к оптимальной) для помехи, не перекрывающейся с полезным сигналом, должна иметь минимум (нуль) в направлении на помеху. В этом
случае помеха будет полностью подавлена. Если помехи приходят
с нескольких направлений, то для
каждого из них следует сформиро-
вать нуль ДНА.
Как известно, изменения формы ДНА имеют ряд принципиальных
ограничений. Типичное из них – при конечном размере апертуры антенны нельзя получить бесконечно узкий главный лепесток. Это не
позволяет в полной мере реализовать требования, вытекающие из (3.1).
Более того, местоположение помехи, как правило, заранее не
известно
и может изменяться во времени. Это также не позволяет в полной мере
реализовать формулу (3.1). В какой-то мере оптимальная форма ДНА,
определяемая соотношением (3.1), это абстракция, к которой следует
стремиться. На практике для борьбы с помехами используют адаптивные антенные решетки, компенсаторы помех или угловое стробирование.
Адаптивные решетки и компенсаторы
помех будут рассмотрены
в разделе 6. Далее перейдем к рассмотрению углового стробирования.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]