Спосіб підвищення завадозахищеності системи шов

Спосіб підвищення завадозахищеності системи ШОВ (широка смуга - обмежувач - вузька смуга), який полягає в тому, що приймають в приймальному тракті з вузькосмуговими імпульсними завадами адитивну суміш корисного сигналу і завади, пропускають через широкосмуговий тракт, обмежують по амплітуді в першому амплітудному обмежувачі, фільтрують у передспотворюючому фільтрі, вихідну суміш сигналу і імпульсної завади C2 2 (19) 1 3 першому амплітудному обмежувачі (так само, як у системі ШОВ), передспотворюють у передспотворюючому фільтрі, вихідну суміш сигналу і імпульсної завади на виході передспотворюючого фільтра обмежують по амплітуді у другому амплітудному обмежувачі, коректують у коректуючому фільтрі, який має взаємообернену АЧХ щодо АЧХ передспотворюючого фільтра, і пропускають через вузькосмуговий тракт. Недоліки системи ШОВ, а також прототипу і аналогічних способів та пристроїв полягають у наступному: система ШОВ і прототип призначені тільки для компенсації (заглушення) короткочасних (вузькосмугових) імпульсних завад; широкосмуговий тракт системи ШОВ і прототипа призводить до збільшення рівня флюктуаційних і зосереджених завад, які завжди мають місце у радіоканалах зв'язку і до входів цих систем у лінійному тракті радіоприймача не зменшуються; система ШОВ і прототип ефективні лише в тому випадку, коли корисний сигнал має інформаційну надлишковість, що дозволяє зробити ефективну смугу вузькосмугового тракту достатньо вузькою при умові збереження інформації, що передається; у амплітудних обмежувачах (прототип має їх два - перший і другий) виникають нелінійні процеси, що спотворюють корисний сигнал; динамічний діапазон сигнала після оптимального амплітудного передспотворювання у передспотворюючому фільтрі збільшується та далі не зменшується, що призводить до додаткового спотворення корисного сигнала; після амплітудного лінійного передспотворювання рівень корисного сигнала і імпульсної завади не збільшується, оскільки, як правило, застосовуються в якості передспотворюючих фільтрів пасивні Т-подібні мостові чотириполюсники, у яких підсилення корисного сигнала не відбувається; у тому випадку, коли у прототипі після оптимального передспотворюючого фільтра включити додатковий підсилювач або реалізувати передспотворюючий фільтр на активних RC-фильтрах, таке підсилювання сигнала може призвести до зростання рівня імпульсної завади, а також до додаткового спотворювання сигнала; широкосмугова (довгочасова) імпульсна завада у прототипі та в інших аналогічних способах і пристроях не заглушується і призводить до зменшення завадозахищеності сигналу. Таким чином, прототип запропонованого винаходу має низьку завадостійкість, що обумовлено тим, що він розрахований тільки для заглушення короткочасних імпульсних завад і для таких корисних сигналів, які мають достатньо велику інформаційну надлишковість. Крім того, нелінійні процеси, що виникають у першому і другому амплітудних обмежувачах прототипу, призводять до спотворювання сигнала, що приймається. При цьому додаткове спотворювання сигнала виникає за рахунок збільшення динамічного діапазону сигнала на виході передспотворюючого фільтра. В основу винаходу поставлена задача підвищення завадостійкості системи заглушення корот 90375 4 кочасних і довгочасних імпульсних завад шляхом виділення завади із адитивної суміші сигнала і завади, оцінювання типів імпульсних завад та селекції вузькосмугової та широкосмугової завад, розпаралелювання суміші цих завад і корисного сигнала на два окремих тракта обробки, адаптивного регулювання порога амплітудного обмежування у тракті обробки суміші сигнала з вузькосмуговою завадою, аналізу величини динамічного діапазону передспотворенного сигнала, адаптивного компресування (стиснення) та експандерування (розширення) динамічного діапазону сигнала. Крім того, у тракті обробки суміші широкосмугової імпульсної завади і сигнала виконується аналіз миттєвого спектра сигнала і адаптивна лінійна фільтрація корисного сигнала із адитивної суміші його з широкосмуговою (довгочасною) імпульсною завадою. Розв'язання цієї технічної задачі здійснюється тим, що згідно зі способом, який полягає в тому, що при дії в приймальному тракті імпульсних завад виділяють із суміші корисного сигналу і завади імпульсну заваду, оцінюють тип імпульсної завади, розпаралелюють суміш вузькосмугової імпульсної завади і сигналу, а також суміш широкосмугової імпульсної завади і сигналу, селектують їх в широкосмуговому та вузькосмуговому трактах, причому на виході широкосмугового тракту адаптивно регулюють порог амплітудного обмежування в обмежувачі, для чого аналізують величину динамічного діапазону сигналу на виході передспотворюючого фільтра та на основі аналізу адаптивно регулюють амплітудно-частотні характеристики компресора і експандера, що включені відповідно на вході та на виході коректуючого фільтра, при цьому після вузькосмугового тракту аналізують миттєвий енергетичний спектр сигналу і на основі аналізу адаптивно регулюють амплітудно-частотну характеристику оптимального лінійного фільтра. При порівнянні з прототипом запропонований спосіб забезпечує підвищення завадозахищеності сигналу за рахунок того, що реалізується адаптація до вузькосмугових і широкосмугових імпульсних завад, для чого суміш корисного сигналу з цими завадами оброблюється у двох окремих трактах. Введення адаптивного регулювання порога амплітудного обмежування, амплітудночастотних характеристик компресора, експандера і оптимального лінійного фільтра сприяє підвищенню завадозахищеності корисного сигналу. Структурна схема системи заглушення імпульсних завад, яка пояснює запропонований спосіб, зображена на фіг. Схема містить в собі: 1 - блок виділення імпульсної завади, 2 - блок оцінювання типа завади, 3 - блок комутації, 4 - широкосмуговий тракт, 5 - перший вузькосмуговий тракт, 6 амплітудний обмежувач, 7 - передспотворюючий фільтр, 8 - компресор, 9 - коректуючий фільтр, 10 експандер, 11 - другий вузькосмуговий тракт, 12 перший блок керування, 13 - аналізатор рівня суміші сигналу та імпульсної завади, 14 - другий блок керування, 15 - оптимальний лінійний фільтр, 16 - аналізатор спектра суміші сигналу і широкосмугової завади, 17 - третій блок керування. 5 Схема, яка реалізує запропонований спосіб, працює таким чином. Адитивна суміш сигналу і імпульсної завади надходить до входу блока виділення імпульсної завади 1 і одночасово до третього входу (Вхід 3) блока комутації 3, а також до другого входу (Вхід 2) блока оцінювання типа завади 2. Блок виділення імпульсної завади відомий і виконаний згідно з А. с. 146367, Кл. 21 а4,71. В цьому блоці відбувається нелінійна обробка суміші сигнал-завада, різнополярне детектування, вузькосмугова фільтрація та компенсація сигналу. На його виході можна одержати напругу, яка пропорційна вузько-смуговій або ширококосмуговій імпульсній заваді. Блок оцінювання типа завади 2 у своїй структурі має два пристрої, кожний із яких у своєму складі має лінію затримки, адаптивний фільтр і пристрій віднімання [Богданович Б.М., Окулич Н.И. Радиоприемные устройства: Учеб. пособие для вузов; Под общ. ред. Б.М. Богдановича. - Минск: Выш. шк., 1991. - С. 268-271]. Для визначення ознаки імпульсної завади одна з ліній затримки призначена для зсуву суміші сигнал-завада на час кореляції вузькосмугової завади, а друга - на час кореляції ширококосмугової завади. Таким чином, на одному з виходів блока 2 відбувається заглушення вузькосмугової імпульсної завади, а на другому -заглушення ширококосмугової імпульсної завади. Ці виходи відповідно з'єднані з першим (Вхід 1) і з другим (Вхід 2) входами блока комутації 3. Корисні сигнали з частково заглушеними видами імпульсних завад надходять до блока комутації 3. Цей блок має 5 входів (Вхід 1, Вхід 2, Вхід 3, Вхід 4, Вхід 5) і 3 виходи (Вихід 1, Вихід 2, Вихід 3). На третій вхід (Вхід 3) блока 3 надходить адитивна суміш корисного сигнала і імпульсної завади, четвертий вхід (Вхід 4) сполучений з виходом другого вузькосмугового тракта 11, а п'ятий вхід (Вхід 5) - з виходом оптимального лінійного фільтра 15. Перший вихід (Вихід 1) блока комутації підключений до входу ширококосмугового тракта 4, а другий вихід (Вихід 2) - до входу першого вузькосмугового тракта 5. При цьому третій вихід (Вихід 3) блока комутації є загальним виходом системи заглушення імпульсних завад і підключений до входу підсилювача проміжної частоти радіоприймача (ППЧ). Блок комутації в своєму складі має простий демультиплексор, що має один вхід (Вхід 3) і два виходи (Вихід 1 і Вихід 2). Сигналами селекції його виходів є сигнали на виходах блока 2, які подаються на перші два входи (Вхід 1 і Вхід 2) блока комутації. Так, при наявності сигналу на першому вході (Вхід 1) третій вхід блока комутації (Вхід 3) з'єднується з його першим виходом (Вихід 1), а при наявності сигналу на другому вході (Вхід 2) блока комутації - відповідно з другим виходом (Вихід 2). Комутація входів "в" і "г" для сполучення їх послідовно з третім виходом (Вихід 3) блока комутації виконується за допомогою електронного ключа на дві позиції. Режим переключення визначається наявністю сигналів відповідно з виходів "в" і "г" двохканальної системи заглушення імпульсних завад (1-й і 2-й канали). У випадку вузькосмугової (короткочасної) імпульсної завади адитивна її суміш з корисним сиг 90375 6 налом з першого виходу (Вихід 1) блока комутації З надходить до входу ширококосмугового тракта 4, а з його виходу "а" подається до першого входу (Вхід 1) амплітудного обмежувача 6 першого канала системи, в якому передбачено адаптивне регулювання порога (рівня) обмежування. Для цього використовується аналізатор рівня суміші сигнала та імпульсної завади 13, який включено на виході передспотворюючого фільтра 7. Останній з'єднаний з виходом амплітудного обмежувача 6. Аналізатор рівня суміші сигнала та імпульсної завади 13 виконаний на базі амплітудного перетворювача амплітудного вольтметра і має в своєму складі напівпровідниковий діод, конденсатор, резистор навантаження та згладжуючий фільтр. На першому виході (Вихід 1) та другому виході (Вихід 2) аналізатора 13 за допомогою першого блока керування 12 та другого блока керування 14 формуються напруги постійного струму для адаптивного регулювання величини порога обмежування та відповідного регулювання коефіцієнтів стиснення та розширення динамічного діапазону компресора 8, що включений на виході передспотворюючого фільтра, а також експандера 10, який підключений на виході коректуючого фільтра 9. При цьому послідовно з'єднані амплітудний обмежувач 6, передспотворюючий фільтр 7, компресор 8, коректуючий фільтр 9, експандер 10 і другій вузькосмуговий тракт 11. Сигнал, який з першого виходу аналізатора 13 через перший блок керування 12 подається на другий (керуючий) вхід (Вхід 2) амплітудного обмежувача, при збільшенні рівня оптимально передспотворенного сигнала зменшує порогове значення рівня обмежування, тобто призводить до більш глибокого обмежування, що обумовлює додатковий виграш у завадозахищеності системи. Оскільки амплітудне передспотворювання сигнала призводить до збільшення його динамічного діапазону, то компенсація цього процесу здійснюється шляхом адаптивного компандування сигнала, тобто послідовним включенням компресора і експандера. Таким чином, у запропонованому способі замість оптимального лінійного передспотворювання, як у прототипі, застосовується оптимальне нелінійне передспотворювання сигнала. Сигнал з другого виходу (Вихід 2) аналізатора 13 подається на вхід другого блока керування 14. При цьому на виході останнього формується напруга постійного струму, яка надходить до других (керуючих) входів (Вхід 2) компресора і експандера та призначена для регулювання їхніх амплітудно-частотних характеристик. Другий канал системи заглушення імпульсних завад згідно з запропонованим способом призначений для заглушення залишкової ширококосмугової довгочасної завади. Для цього адитивна суміш корисного сигналу і ширококосмугової завади з виходу першого вузькосмугового тракту 5 (точка "б") надходить до першого входу (Вхід 1) оптимального лінійного фільтра 15 і одночасово на вхід аналізатора спектра суміші сигналу і широкосмугової завади 16. Оскільки в першому вузькосмуговому тракті 5 широкосмугова імпульсна завада перетворюється у флуктуаційну, що обумовлено її 7 нормалізацією в цьому тракті, то у другому каналі системи реалізується адаптивна лінійна оптимальна фільтрація адитивної суміші сигналу і флуктуаційної завади. При цьому аналізатор 16 виділяє максимальне значення сигнала (наприклад, AM або ЧМ), що відповідає, як правило, рівню несучої частоти, і за допомогою третього блока керування 17, вихід якого підключений до другого (керуючого) входу (Вхід 2) оптимального лінійного фільтра, адаптивно регулює амплітудно-частотну характеристику останнього для одержання максимального значення спектральної щільності сигнала. З виходу оптимального лінійного фільтра 15 (точка "г") відфільтрований сигнал подається для комутації до п'ятого входу (Вхід 5) блока комутації 3 і далі з третього виходу (Вихід 3) останнього - до входу підсилювача проміжної частоти радіоприймача. В якості другого варіанта реалізації аналізатора спектра суміші сигнала і широкосмугової завади 16 можна застосувати таку ж саму схему, як у блоці виділення імпульсної завади 1, але на виході цього блока виділяти не заваду, а корисний сигнал. Запропонований спосіб забезпечує більшу завадозахищеність системи заглушення імпульсних завад при порівнянні з прототипом завдяки тому, що в ньому здійснюється режим адаптації системи як для заглушення вузькосмугової імпульсної завади, так і для заглушення широкосмугової імпульсної завади. Крім того, реалізується адаптація трактів обробки сигналу щодо рівня амплітудного обмежування, режимів стиснення та розширення динамічного діапазону передспотворенного сигналу і оптимальної лінійної фільтрації. Наведемо розрахунок виграшу в завадозахищеності, який може бути одержаним від використання запропонованого способу при порівнянні з прототипом. Розглянемо спочатку перший канал системи (фіг.). На виході "а" широкосмугового тракту 4 широкосмуговий стаціонарний випадковий процес (сигнал) після нелінійного і безінерційного перетворення в амплітудному обмежувачі 6 залишається також стаціонарним і широкосмуговим. На тому ж виході вузькосмугова (короткочасна) імпульсна завада залишається однаковою щодо форми, але її амплітуда збільшується, а тривалість зменшується. Оскільки тривалість вузькосмугової завади на виході амплітудного обмежувача зменшується, то її енергетичний спектр буде більш широкосмуговим, тобто таку заваду можна вважати як широкосмуговий випадковий процес. Якщо, наприклад, відбувається приймання AM сигналів, то розподіл енергії між відеосмугою та гармоніками несучої частоти на виході амплітудного обмежувача залежить від рівня (порога) обмежування, що у системі адаптивно регулюється. При цьому можна показати, що при відносно високому рівні обмежування, коли обмежується лише верхня частина спектрів корисного сигналу і імпульсної завади, площа спектра завади поблизу несучої частоти складає 0,8 від площі вхідного енергетичного спектра завади, а при відносно низькому рівні обмежування (більш глибокому) та ж сама площа складає 0,5 від площі вхідного спектра імпульсної завади [Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга 1. - М.: Сов. радио, 1969. - С. 90375 8 400-403]. Таким чином, зменшення порога обмежування забезпечує енергетичний виграш 0,8 S1 16 або 2 дБ за потужністю. , 0,5 Енергетичний виграш S2, що одержується за рахунок застосування в першому каналі системи запропонованого адаптивного (керуємого) компандування можна визначити за виразом [Зиборов СР., Маригодов В.К. Функциональные преобразователи с дискретным компандированием сигнала. -М: Энергоатомиздат, 1988. - С. 133-136] S2=η2, (1) де η=Dвx/Dвих - коефіцієнт стиснення динамічного діапазону за напругою; Dвx, Dвux- відповідно значення вхідного і вихідного динамічного діапазону. При об'єднанні передспотворювання та коректування сигнала з адаптивним компандуванням можна реалізувати коефіцієнт стиснення η= 5 [Зиборов С.Р., Маригодов В.К. Функциональные преобразователи с дискретным компандированием сигнала. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - С. 135]. При цьому одержуємо S2=25 або 11,8 дБ за потужністю. Підвищення завадозахищеності запропонованого способу заглушення імпульсних завад обумовлено його універсальністю та можливістю заглушення не тільки вузькосмугових завад, як у прототипі, а також і широкосмугових імпульсних завад, які принципово можна віднести до класу зосереджених. Для заглушення широкосмугових (довготривалих) імпульсних завад у запропонованому способі використовується другий канал, що реалізує адаптивну оптимальну лінійну фільтрацію корисного сигналу із його адитивної суміші з широкосмуговою завадою, яку практично можна враховувати як флуктуаційну. Зробимо оцінювання енергетичного виграшу, який може бути одержаним у результаті адаптивної оптимальної лінійної фільтрації сигнала в суміші з флуктуаційною завадою, що моделюється білим шумом. При цьому мінімальна середня ква2 дратична помилка min на виході оптимального лінійного фільтра знаходиться за виразом [Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга 2. - М.: Сов. радио, 1968. - С. 286] 2 min N0 2 G 0 G N0 d , (2) де G(ω), N0 - відповідно спектральні щільності потужності сигнала і білого шуму. Нехай спектр корисного сигнала на вході оптимального лінійного фільтра моделюється в найбільш загальному випадку виразом, що в достатньому ступені точності відповідає сигналам з експоненційною функцією кореляції [Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга 1. -М.: Сов. радио, 1969. - С. 268] G 2 2 2 c 2 , (3) 9 2 де c - дисперсія сигнала; α - коефіцієнт, що визначає швидкість експоненційного спаду кореляційної функції сигнала; ω - частота. Після використання (2) і (3) та інтегрування одержуємо 1 2 , (4) min 2 2 4 q1 N0 2 c - відношення сигнал-завада за де q1 N0 потужністю; Δω - ефективна смуга частот сигнала. Припустимо, що сигнал, який приймається, має сильний ступень кореляційних зв'язків (α=0,1). Тоді другою складовою у знаменнику (4) можна знехтувати і записати наступне: 1 q1 , (5) 2 4 min Формула (5) визначає величину відношення сигнал-завада на виході оптимального лінійного фільтра. Якщо вважати, що на вході фільтра це відношення є q, то можна визначити енергетичний виграш за рахунок оптимальної лінійної фільтрації як S3=q1/q, тобто 90375 10 S3 1 , (6) 4 q 2 min 2 0,1 . При цьому одеmin ржуємо S3=2,5. Відомо, що у реальних системах передачі інформації при застосуванні адаптивної Нехай q=10, α=0,1, 2 min складає від 0,1 до 0,01 [Маригодов В.К., Бабуров Э.Ф., Матвеев Ю.В. Теоретико-игровой синтез систем передачи и обработки информации; Под общ. ред. В.К. Маригодова. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2006. - С. 60-67]. Тоді при фіксованих інших параметрах у виразі (6) одержуємо S3=25. Таким чином, діапазон значень величини виграшу S3 складає від 14 дБ до 24 дБ. Наведемо оцінювання енергетичного виграшу запропонованого способу при порівнянні з прототипом. Результуючий виграш запропонованого способу складає SΣ=S1+S2+S3=27,8 дБ, причому для розрахунку було взято лише мінімальне значення S3=14 дБ. Техніко-економічна ефективність запропонованого способу полягає у виграші в завадозахищеності системи заглушення імпульсних завад при порівнянні з прототипом, що складає 27,8 дБ. оптимальної лінійної фільтрації помилка 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 90375 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601