Результат интеллектуальной деятельности: Устройство подавления помех

Настоящее изобретение относится к устройствам подавления, используемым в радиотехнических системах подавления сигналов (помех), поступающих по боковым лепесткам диаграммы направленности антенны (ДНА) и может быть использовано в других системах осуществляющих устранение нежелательных сигналов.

Из известных устройств подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в патенте RU №2602669 С1 от 26.10.2016, структурная схема которого приведена на фигуре 1. Это устройство содержит последовательно включенные первую вспомогательную антенну 1, первый фазовращатель 14, третье вычитающее устройство 13, устройство комплексного сопряжения 2, первый умножитель 3, первый сумматор выборок 4, делитель 5, второй умножитель 6 и первое вычитающее устройство 7, второй вход которого соединен с выходом второго вычитающего устройства 12, при этом входы второго вычитающего устройства 12 соединены с выходом основной антенны 8 и выходом первого фазовращателя 14, и последовательно включенные второе вычитающее устройство 12, третий умножитель 9, второй сумматор выборок 10, выход которого соединен со вторым входом делителя 5, при этом вторые входы первого 3 и второго 6 умножителей соединены с выходом третьего вычитающего устройства 13, второй вход третьего вычитающего устройства 13 соединен с выходом второго фазовращателя 15, вход которого соединен с выходом второй вспомогательной антенны 11, кроме того второй вход третьего умножителя 9 соединен с выходом устройства комплексного сопряжения 2. Выход первого вычитающего устройства 7 является выходом устройства подавления помех.

Недостатком такого устройства является низкий уровень подавления помех на выходе устройства подавления помех обусловленный флуктуациями весового коэффициента W относительно оптимального значения при наличии корреляции между составляющими полезного и помехового сигналов участвующих в формировании весового коэффициента.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня подавления помех с помощью устройства подавления помех.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство подавления помех, содержащее последовательно включенные первую вспомогательную антенну, первый фазовращатель, третье вычитающее устройство, устройство комплексного сопряжения, первый умножитель, первый сумматор выборок, делитель, второй умножитель и первое вычитающее устройство, второй вход которого соединен с выходом второго вычитающего устройства, при этом входы второго вычитающего устройства соединены с выходом основной антенны и выходом первого фазовращателя, и последовательно включенные второе вычитающее устройство, третий умножитель, второй сумматор выборок, выход которого соединен со вторым входом делителя, при этом вторые входы первого и второго умножителей соединены с выходом третьего вычитающего устройства, второй вход третьего вычитающего устройства соединен с выходом второго фазовращателя, вход которого соединен с выходом второй вспомогательной антенны, а второй вход третьего умножителя соединен с выходом устройства комплексного сопряжения, дополнительно введены третья вспомогательная антенна, третий фазовращатель и четвертое вычитающее устройство, причем вход третьего фазовращателя соединен с выходом третьей вспомогательной антенны, а выход - с первым входом четвертого вычитающего устройства, второй вход четвертого вычитающего устройства соединен с выходом второго фазовращателя, при этом вход устройства комплексного сопряжения и вход первого умножителя отсоединены от выхода третьего вычитающего устройства и соединены с выходом четвертого вычитающего устройства, а вход третьего умножителя отсоединен от выхода второго вычитающего устройства и соединен с выходом третьего вычитающего устройства.

На фигуре 2 представлена структурная схема предлагаемого устройства подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА.

Устройство подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА, содержит последовательно включенные устройства: первую вспомогательную антенну 1, первый фазовращатель 14, третье вычитающее устройство 13, третий умножитель 9, второй сумматор выборок 10, делитель 5, второй умножитель 6 и первое вычитающее устройство 7, второй вход которого соединен с выходом второго вычитающего устройства 12, входы которого соединены с выходами основной антенны 8 и первого фазовращателя 14, и последовательно включенные третью вспомогательную антенну 16, третий фазовращатель 17, четвертое вычитающее устройство 18, первый умножитель 3, первый сумматор выборок 4, выход которого соединен со вторым входом делителя 5, при этом второй вход второго умножителя 6 соединен с выходом третьего вычитающего устройства 13, а второй вход третьего вычитающего устройства 13 соединен с выходом второго фазовращателя 15, вход которого соединен с выходом второй вспомогательной антенны 11, при этом вторые входы третьего 9 и первого 3 умножителей соединены с выходом устройства комплексного сопряжения 2, вход которого соединен с выходом четвертого вычитающего устройства 18, а второй вход четвертого вычитающего устройства 18 соединен с выходом второго фазовращателя 15. Выход первого вычитающего устройства 7 является выходом устройства подавления помех.

Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода основной антенны 8 V_M=S+U представляющий собой сумму радиолокационного сигнала S, принятого главным лепестком ДНА, и помехового U, принятого боковыми лепестками ДНА, поступает на второе вычитающее устройство 12, на другой вход которого поступает сигнал с выхода первого фазовращателя 14. Основная антенна поворачивается в направлении на цель, а вспомогательные антенны неподвижны. Первая вспомогательная антенна 1 является ненаправленной с коэффициентом направленного действия, определяемым уровнем боковых лепестков ДНА основной антенны 8. Первая вспомогательная антенна 1 смещена относительно основной антенны 8 на расстояние d, что приводит к сдвигу по фазе помехового сигнала, принятого этой антенной, относительно помехового сигнала принятого основной антенной 8, на величину (ϕ_П=2π(d/λ)sin α_П, где α_П - направление прихода помехового сигнала, отсчитываемое от нормали к базе антенн - линии соединяющей основную 8, первую вспомогательную антенну 1, вторую вспомогательную антенну 11 и третью вспомогательную антенну 16. Также происходит сдвиг по фазе полезного сигнала принятого этой антенной, относительно полезного сигнала принятого основной антенной 8 на величину ϕ_С=2π(d/λ)sin α_C, где α_C - направление прихода полезного сигнала, отсчитываемое от нормали к базе антенн. С учетом сказанного, сигнал на выходе первой вспомогательной антенны 1 можно записать в виде:

V_A=S_ОСЛ⋅exp{jϕ_С}+U⋅exp{jϕ_П},

где S_ОСЛ - ослабленный полезный сигнал на выходе первой вспомогательной антенны 1. Наличие ослабленного полезного сигнала обусловлено тем, что первая вспомогательная антенна 1 имеет определенный коэффициент направленного действия, в направлении прихода полезного сигнала, определяемый уровнем боковых лепестков ДНА основной антенны 8. Сигнал с выхода первой вспомогательной антенны 1 поступает на вход первого фазовращателя 14, который обеспечивает изменение фазы входного сигнала на величину ϕ_С, пропорциональную углу прихода полезного сигнала, и что тоже самое - углу поворота основной антенны. Тогда сигнал на выходе первого фазовращателя 14 можно записать в виде [Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986]:

Вторая вспомогательная антенна 11 смещена относительно первой вспомогательной антенны 1, вдоль базы антенн, на расстояние d и имеет коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков ДНА основной антенны 8. Сигнал на выходе второй вспомогательной антенны 11 имеет вид:

V_A=S_ОСЛ⋅exp{j2ϕ_С}+U exp{j2ϕ_П}.

Этот сигнал поступает на вход второго фазовращателя 15, который обеспечивает изменение фазы входного сигнала на величину 2ϕ_С Тогда сигнал на выходе второго управляемого фазовращателя 15 можно записать в виде:

Сигналы с выходов первого 14 и второго 15 фазовращателей поступают на входы третьего вычитающего устройства 13. Кроме того сигнал с выхода первого фазовращателя поступает на второй вход второго вычитающего устройства 12, на первый вход которого поступает сигнал с выхода основной антенны 8.

Третья вспомогательная антенна 16 смещена относительно второй вспомогательной антенны 11, вдоль базы антенн, на расстояние d и имеет коэффициент направленного действия, определяемый уровнем боковых лепестков ДНА основной антенны 8. Сигнал на выходе третьей вспомогательной антенны 16 имеет вид:

V_A=S_ОСЛ⋅exp{j3ϕ_С}+U⋅exp{j3ϕ_П}.

Этот сигнал поступает на вход третьего фазовращателя 17, который обеспечивает изменение фазы входного сигнала на величину 3ϕ_С. Тогда сигнал на выходе третьего управляемого фазовращателя 17 можно записать в виде:

Сигналы с выходов второго 15 и третьего 17 фазовращателей поступают на входы четвертого вычитающего устройства 18.

С учетом введенных обозначений, сигналы на выходах второго 12, третьего 13 и четвертого 18 вычитающих устройств соответственно будут имеет вид:

V_H=S-S_ОСЛ+U⋅(1-exp{j(ϕ_П-ϕ_С)});

V_О=U-exp{j(ϕ_П-ϕ_С)}⋅(1-exp{j((ϕ_П-ϕ_С)});

V_Р=U-ехр{j2((ϕ_П-ϕ_С)}⋅(1-exp{j((ϕ_П-ϕ_С)}).

Сигнал V_P с выхода четвертого вычитающего устройства 18 поступает на устройство комплексного сопряжения 2 и первый умножитель 3. С выхода устройства комплексного сопряжения 2 сигнал поступает на входы первого 3 и третьего 9 умножителей. Сигнал с выхода третьего вычитающего устройства 13 поступает на входы второго 6 и третьего 9 умножителей. Сигналы с выходов первого 3 и третьего 9 умножителей поступают соответственно на первый 4 и второй 10 сумматоры выборок с выходов которых поступают на входы делителя 5.

Весовой коэффициент, получаемый на выходе делителя 5 определяется выражением:

где знак * - означает комплексно сопряженное число, М { } - операция математического усреднения. С учетом введенных обозначений получаем оптимальное, для эффективного подавления помех, значение весового коэффициента [Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. Адаптивные антенные решетки: Введение в теорию: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986]:

W=ехр{-j((ϕ_П-ϕ_С)}.

Выходной сигнал устройства подавления помех определяется выражением:

V_R=V_H-W⋅V_O.

После выполнения необходимых преобразований получим:

V_R=S-S_ОСЛ.

Анализ выражения показывает отсутствие составляющих помехового сигнала на выходе устройства подавления помех.

Значение весового коэффициента, получаемое в прототипе, имеет вид:

где b - коэффициент, характеризующий ослабление полезного сигнала во вспомогательных антеннах относительно основной, ρ - коэффициент корреляции полезного и помехового сигналов, σ²_С, σ²_П - дисперсии полезного и помехового сигналов. Анализ последнего выражения показывает, что наличие корреляции между полезным и помеховым сигналами приводит к флуктуации весового коэффициента относительно оптимального значения, что снижает уровень подавления помех.

При таком значении весового коэффициента выходной сигнал в прототипе будет иметь вид:

то есть будет содержать не скомпенсированные остатки помехового сигнала.

В предлагаемом устройстве в формировании весового коэффициента не участвуют составляющие полезного сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство устраняет влияние корреляции между полезным и помеховым сигналами на уровень подавления помех.

Все элементы предлагаемого устройства могут быть реализованы на современной элементной базе.

Использование изобретения в этой связи позволяет повысить уровень подавления помех, принимаемых по боковым лепесткам ДНА.