Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиопомехи и помехоустойчивый прием. Методы повышения помехозащищенности. Учебное пособие
.pdf
3.1.2. Угловое стробирование
Угловое стробирование является, по сути, некоторой попыткой
упрощенной реализации ДНА вида (3.1). Применяется для подавления
сигналов, принимаемых боковыми лепестками ДНА.
Структура, поясняющая основную идею данного решения, представлена на рис. 3.2.
Вход
осн.
Антенна
основного
канала
Смеситель
основного
канала
УПЧ
основного
канала
Детектор
основного
канала
Устройство
бланкирова-
ния
Устройство
сравнения
Детектор
компенс.
канала
Вход
компенс.
Антенна
компенс.
канала
Гетеродин
Смеситель
компенс.
канала
УПЧ компенс.
канала
а
F
осн
F
комп
0
б
Рис. 3.2. Структура приемного устройства с угловым стробированием (а)
и ДНА его каналов (б)
Принцип работы определяется следующим соотношением:
где
0 при () (),
() .
ut
вых
– выходной сигнал основного канала;
()ut
o
ut U t U t
Ut Ut
o
() при () (),
oo
k
k
UtUt
(3.2)
k
– ампли-
(), ()
o
туды сигналов основного и компенсационного каналов.
21
По существу, происходит сравнение амплитуд выходных сигналов
каналов и, если амплитуда сигнала (точнее, помехи, принимаемой по
боковым лепесткам ДНА) превышает амплитуду сигнала основного
канала, то он идентифицируется как помеха и вырезается, т. е. бланкируется (от англ. blanking – гашение). В противном случае считается,
что прием сигнала осуществляется главным лепестком ДНА, и
терпретируется как полезный.
он ин-
3.2. Поляризационная селекция
Заключается в выделении сигналов на фоне помех за счет использования различий их поляризационных характеристик.
Уместно напомнить, что под поляризационной диаграммой электромагнитной волны (сигнала или помехи) понимают фигуру, очерченную концом вектора напряженности электрического поля за период
несущего колебания на плоскости, перпендикулярной направлению её
распространения [6]. Поляризация, по сути, это характеристика
диаграммы (например, линейная, круговая, эллиптическая).
С формальной точки зрения задача построения поляризационного
селектора, оптимального по критерию максимума отношения мощности сигнала к мощности помехи, сводится к синтезу поляризационного
фильтра с характеристикой вида (3.1). Разница лишь в том, что в качестве переменной θ будет выступать не направление прихода электромагнитной
может быть как фиксированным (для линейной поляризации), так
и изменяться во времени – вращаться по/против часовой стрелки (для
круговой и эллиптических поляризаций).
Например, если помеха и сигнал имеют линейные поляризации, то
поляризационный фильтр должен иметь минимальный коэффициент
передачи для поляризации помехи.
Возможны два
Во-первых, за счет специальной конструкции антенны. Например,
перед антенным полотном может размещаться набор металлических
пластин, являющийся отражающим зеркалом для одной поляризации,
и не ощутимый для другой (рис. 3.3). Параметры решетчатой структуры выбираются исходя из того, чтобы электромагнитная волна,
плоскость поляризации которой параллельна пластинам, отражалась,
а
волна с плоскостью поляризации, перпендикулярной пластинам,
волны, а угол поляризации. Следует отметить, что угол
варианта реализации поляризационной селекции.
этой
22
проходила без потерь. В частности, этого удается добиться с помощью
решетки с расстоянием между пластинами
s
(см. рис. 3.3).
2
При дальнейшем уменьшении шага решетки возрастает отраженная
волна для «полезного» типа поляризации, при увеличении – ухудшаются селективные свойства решетки. Повысить эффективность подобного поляризационного фильтра возможно за счет применения многослойной структуры, содержащей несколько решеток, отстоящих друг
от друга на расстоянии, равном
2
. При этом волна, отраженная от
одной из решеток, складывается в фазе с волной, отраженной от следующей решетки [6].
s
2
Рис. 3.3. Поляризационный фильтр в виде
набора металлических пластин
Во-вторых, за счет специальной обработки сигналов, принимаемых
на взаимно ортогональных поляризациях. Подробнее с этим решением
можно ознакомиться в работах [2, 6].
23
3.3. Частотная селекция
Данный вид селекции основан на использовании различий в спектральных характеристиках полезного сигнала и помехи.
Если помеха и сигнал стационарны, то амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) фильтра, оптимального по критерию максимума
отношения сигнал/помеха на выходе, должна иметь вид
()
G
()
Kj
с
0,5 ( )
NG
0 п
, (3.3)
где
тральная плотность мощности (СПМ) тепловых шумов;
– энергетический спектр полезного сигнала;
()G
с
N
0
()G
п
– спек-
– СПМ
помехи.
По сути, выражение (3.3) определяет АЧХ классического фильтра
Винера. Пример такой АЧХ показан на рис. 3.4. Представленная на
нем АЧХ является оптимальной по приведенному выше критерию.
Рис. 3.4. Пример АЧХ фильтра Винера
Вместе с тем на практике редко встречаются фильтры, АЧХ которых в полной мере соответствует (3.3). Чаще, исходя из соображений
практической реализуемости, используют более простые фильтры –
24
классические полосовые (полосно-пропускающие), режекторные
и другие, АЧХ которых достаточно грубо аппроксимирует идеальную
характеристику, определяемую выражением (3.3). Объясняется это
тем, что построить фильтр, в полной мере отвечающий (3.3), сложно.
Кроме того, такой фильтр будет предполагать работу со стационарными сигналом и помехой, что на практике выполняется редко. Соответственно в большинстве случаев фильтр
страиваемым под изменяющиеся
должен быть адаптивным, под-
()G
,
()G
и
с
п
N . Даже простое
0
изменение интенсивности сигнала или помехи влечет за собой необходимость изменения АЧХ оптимального фильтра (см. выражение (3.3)),
не говоря уже о более сложных ситуациях, когда спектры сигнала
и помехи меняются во времени.
Рассмотрим примеры использования частотной селекции.
1. Селекция помех по соседнему каналу, каналам прямого прохож-
дения и другим дополнительным
каналам приема в радиоприемных
устройствах. Она является типичным случаем использования частотной селекции. При этом для выполнения селекции применяются полосовые и (намного реже) режекторные фильтры. Напомним, что
в классическом аналоговом супергетеродинном приемнике селекцию
по соседнему каналу обеспечивает фильтр сосредоточенной селекции, расположенный в тракте промежуточной частоты. Остальные
дополнительные каналы
приема подавляют полосовые фильтры преселектора (и, если преобразований несколько, фильтры первых промежуточных частот).
В приемниках с цифровой обработкой сигналов основная частотная
селекция выполняется в цифровой форме. В этом случае можно приблизиться к идеальной АЧХ вида (3.3). В определенной степени это
делают, например, в современных профессиональных приемниках, где
есть возможность
изменять ширину полосы пропускания фильтра основной частотной селекции (ФСС), а также осуществлять в ее пределах
частотную режекцию сосредоточенных помех (рис. 3.5).
2. Фильтровые системы подавления пассивных помех в наземных
радиолокационных системах (РЛС). Напомним, что пассивные помехи от поверхности земли и метеорологических образований имеют
специфические спектральные характеристики. Их СПМ представляют
25
Kf
f
f
Kf
fНfВf
П
f
П
f
f
K
f
Спектр
помехи
АЧХ цифрового
ФСС
0
Н
Ч
/
Ч
0
Рис. 3.5. Пример управления АЧХ фильтра основной частотной селекции в современном приемнике с цифровой
обработкой сигналов
B
f
1
2
3ИT
Рис. 3.6. Пример спектров эхосигнала от пассивной помехи (1) и цели для
неподвижной наземной РЛС, а также квадрат АЧХ системы селекции
движущихся целей (2)
2ИT
1ИT
0
26
1ИT
2ИT
3ИT
собой результат свертки СПМ доплеровских флуктуаций и энергети-
И
ческого спектра зондирующего сигнала РЛС [1, 2], как это показано
на рис. 3.6 для периодического зондирующего сигнала. Нетрудно заметить, что помехи сосредоточены по частоте. Если при этом эхосигнал от цели имеет иное частотное положение, то помеху можно подавить, применив режекторную фильтрацию (см. рис
. 3.6). Например, это
можно осуществить с помощью фильтра, представленного на рис. 3.7,
называемого
Вход
череспериодным компенсатором.
Согласованный
фильтр одиночного
импульса
Элемент
задержки
T
Сумматор
Выход
+
-
Рис. 3.7. Пример реализации фильтра подавления пассивных помех
на основе однократного череспериодного компенсатора
Следует отметить, что мест и схем применения частотной селекции
известно очень много. Можно утверждать, что она является самым
распространенным решением, применяемым для подавления помех.
3.4. Временная селекция
Основана на использовании различий во временных параметрах
сигнала и помехи. Для периодических импульсных сигналов это могут
быть:
длительность;
период повторения;
временное положение.
Укрупненные структуры соответствующих квазиоптимальных селекторов показаны на рис. 3.8.
В качестве примеров использования таких селекторов можно
назвать схемы синхронизации разверток приемников аналогового телевещания (используются все три временных параметра), устройства
подавления несинхронных импульсных помех (используется селекция
27
полезных сигналов по периоду повторения), устройства сопровожде-
ИTИ
И
ния по дальности-задержке и измерения этих параметров (используется селекция по временному положению). Кроме того, временная
селекция прямо или косвенно широко используется в схемах и алгоритмах синхронизации цифровых телекоммуникационных устройств
и систем.
Элемент
задержки
Вход
Селектор
длительности
Формирующее
устройство
Схема
совпадений
а
Вход
Схема совпадений
T
Выход
T
б
Вход
Приемник
Строб-импульс
Временной
различитель
Фильтр НЧ,
интегратор
Строб 1
Строб 2
в
Рис. 3.8. Примеры квазиоптимальных селекторов сигналов:
по длительности (а), периоду повторения (б) и временно´му положению (в)
Устройство
временной
Выход
Опорный
импульс
задержки
28
3.5. Селекция сигнала по уровню
Основана на использовании различий в мгновенных значениях
сигнала и помехи или для радиочастотных сигналов – различий в их
амплитудах.
Различают следующие случаи использования данного вида селекции:
ограничение помехи снизу;
селекция сигнала малого уровня (малой амплитуды) на фоне
помех высокой интенсивности;
селекция сигнала в заданных границах.
Алгоритмы работы этих селекторов можно записать в следующем
виде:
1) ограничитель снизу
(), () ,
ut utU
вх вх min
()
ut
вых
0, ( ) ;
utU
вх min
2) селектор слабого сигнала
(), () ,
ut utU
вх вх min
()
ut
вых
0, ( ) ;
utU
вх min
3) селектор сигнала в заданных границах
(), () ,
где
min
ut U utU
вх min вх max
()
ut
(),ut
вх
,U
– минимальный и максимальный уровень ограничиваю-
U
max
вых
вых
0, ( ) или () ,
utU utU
вх min вх max
– входное и выходное напряжение селектора;
()ut
щих напряжений.
При цифровой реализации селектора приведенные соотношения
могут непосредственно использоваться для составления соответствующих фрагментов программного обеспечения. Если же используется
аналоговая обработка, то укрупненные структуры соответствующих
селекторов могут иметь вид, представленный на рис. 3.9.
29
U
вых
U
вых
Помеха
U
вх
U
0
огр
Сигнал
t
U
вх
Ограничитель
снизу U
U
вх
Ограничитель
а
Ограничитель
снизу
Логическая
схема запрета
б
U
огр2
Логическая
схема запрета
снизу
2
t
U
вых
U
вых
Ограничитель
снизу U
огр1
U
1
в
Рис. 3.9. Примеры реализации схем селекторов
сигнала по уровню
На рис. 3.9 показаны эпюры напряжений при ограничении снизу (а);
селектор слабого сигнала (б); селектор сигнала в заданных границах (в).
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]