Н. Л. Папалексп в его книге Радиопомехи и борьба с ними, изданной в 19-12 г. В этой книге задача



Сторінка1/4
Дата конвертації18.04.2016
Розмір0.91 Mb.
  1   2   3   4

3. Компенсация радиопомех

Идея о компенсации радиопомех впервые была высказа­на советским ученым академиком Н. Л. Папалексп в его книге (Радиопомехи и борьба с ними», изданной в 19-12 г. В этой книге задача о компенсации радиопомех поставлена и решена следующим образом. Помимо основного приемни­ка, реагирующего на смесь сигнала и помехи, используется дополнительный (компенсационный) приемник, антенна которого воспринимает только помехи. Интенсивности и фазы помех в компенсационном и основном приемниках устанавливаются одинаковыми и противоположными соот­ветственно. В результате, как утверждается в [1221, помеха на выходе основного приемника компенсируется, а полез­ны)! сигнал остается неискаженным.

Такие постановка и решение задачи о компенсации по­мех являются классическими и полностью соответствуют случаю, когда основной и компенсационный приемники осуществляют линейные преобразования действующих сиг­налов и помех. Математически изложенная выше задача ставится следующим образом. На входе основного прием­ника имеется аддитивная смесь

Нв,- (/) = 1!со (!) -г 11ПО (!)

полезного сигнала //со (/) и помех ипп ((), а на вход компен­сационного приемника поступает только помеха иш. (t), функционально связанная с ипо (().

Если должным образом подобрать операторы 00 и О,,, характеризующие процессы в линейных преобразователях напряжений hlx (7) и нпк (/) соответственно, то можно до­биться тою, что

Аи (t) = 0„Кх (t)} - 0K{uan (/)} = 00со (/)}. (4.3.1)

Здесь 0() К„. (/)} = 0„{//со (/)} -f 00ло (/)} — полезный сигнал и помеха на выходе основного канала, а 01:{и„к(!)} — выходная помеха компенсационного приемника. Посколь­ку оператор 0„ известен, восстановление сигнала цсо (t) не представляется затруднительным.

На практике полезный сигнал и помеха могут действо­вать как одновременно, так и в разное время.'Последнее характерно для импульсных радиоэлектронных устройств, подверженных действию импульсных помех, которые обра­зуются на интервалах времени, где отсутствует полезный сигнал. В таких условиях возможна компенсация помех

как на основе классического метода, называемого амплитуд­но-фазовым или когерентным, когда основной и компенса­ционный приемники являются линейными преобразовате­лями, так и методом компенсации помех после предвари­тельного формирования их огибающих, именуемым ампли­тудным или некогерентным.

Рассмотренные выше методы компенсации помех, ко­торые в настоящее время имеют значительное число схем­ных реализаций, широко известны для компенсации помех, действующих по боковым лепесткам диаграммы направлен­ности основных приемных антенн. Существенно при этом требование наличия в радиоэлектронном устройстве двух приемников. Один из них должен принимать только помехи, а другой — помехи и полезный сигнал. Однако возможна компенсация помех при использовании лишь одной антенны и одного радиоприемника. Обязательным условием при этом является то, что полезный сигнал и помеха представляют собой импульсы с периодом следования Т возникающие на этом интервале в разное время. Кроме того, интенсивно­сти полезного сигнала и помех во времени должны изменять­ся и оставаться постоянными соответственно. Математиче­ски данное условие характеризуется тем, что входной сигнал

Здесь т0 — момент возникновения первого импульса, характеризующего полезный сигнал; т„ — длительность полезного 'импульса; тио — момент возникновения пер­вого импульса помехи; тп—длительность импульса по­мехи; k — целое число, принимающее значения б; 1; 2;...; нс (/) — функция, характеризуются закон изменения по­лезного сигнала во времени, причем амплитуда этого сиг-пала изменяется за время Г„; н„ (<') — функция, опреде­ляющая закон изменения помехи во времени, причем п отличие от ис (t) амплитуда 6',, (t) импульса помехи un (t) за период Т„ одна и та же.

Если в приемной установке, на которую действуют по­мехи, иметь устройство, осуществляющее задержку напря­жения ивх (t) на 7„ и формирующее сигнал

то, подав «их (/) и ывх (/ — Т„) на вычитающее устройство, можно получить разностное напряжение

характеризующее свободный от помех полезный сигнал.

Рассмотренный выше метод компенсации помех, осно­ванный на том, что помеха является периодически следую­щими не перекрывающимися между собой импульсами, принято называть методом череспериодной компенсации.

Возможна также компенсация помех путем их декор-реляшш. Сущность этого метода сводится к следующему. ГКсть имеется смесь

полезного сигнала ысо (/) и помехи «,10 (/) на выходе основ­ного приемника и опорное напряжение иоп (/), формируе­мое вспомогательным приемником или передающей установ­кой РЛС. Для конкретности последующего изложения будем полагать, что основной приемник является радиоло­кационным и реагирует на непрерывные во времени сиг­налы, а иоп (() — характеризует не искаженное помехами опорное напряжение, вырабатываемое передатчиком РЛС. Имея в распоряжении won(/), можно образовать заранее известное напряжение Won (0. отличающееся, например, по фазе, от иои (/). В результате совместного преобразова­ния иоп (/) и «вх (/), а также u'on (t) и ;/вх (t) можно получить два напряжения

где ;/,., (/) и и,]2 (/) — некоррелированные помехи, а «С1 (/) и «,.2 (0 — функционально связанные полезные сигналы.

Суммирование или вычитание ut (t) и и., (/) (в зависимо-ciM от конкретно решаемой задачи) приводит к возникнове­нию напряжений ну (/) = //, (t) ~- и.2 (/) пли ил (() = =- г/, (П—и.2 (l). Интенсивность помех в uz(t)\i ;/л (/) меньше по сравнению с составляющей полезного сигнала, чем в ис­ходной смеси г/вх (/). Легальное обсуждение метода компен­сации помех и получающихся при этом основных свойств дается гз следующей главе данной книги.

Резюмнр\я все сказанное выше, необходимо отметить, что в настоящее время известны следующие три основных •метода компенсации помех:

; — компенсация помех с помощью вспомогательных (компенсационных) радиоприемников;


  1. череспериодная компенсация помех;

  2. компенсация помех путем их декорреляции.

Эти методы используются при борьбе со сравнительно большим числом видов радиопомех.

4. Первичная селекция

Под первичной селекцией понимают выделение полезно­го сигнала из смеси его с помехами в различных элементах радиоприемника при использовании лишь тех параметров полезного сигнала, которые обусловливаются принципом построения радиотехнического устройства. В соответствии с этим различают пространственную, поляризационную, частотную, фпзов\ю, временную, амплитудную, структур­ную и комбинированную первичные селекции.

Пространственная селекция обеспечивается антенной. Чем уже ее диаграмма направленности п меньше уровень боковых лепестков, тем выше пространственная селекция. Эта селекция дает возможность вести борьбу с многоточеч­ными помехами, т. е. помехами, создаваемыми несколькими разнесенными в пространстве источниками. Однако неиз­бежное наличие боковых лепестков не позволяет полностью избавиться от влияния таких помех.

Поляризационная селекция основывается на различии поляризации принимаемых сигналов и помех. Она исполь­зуется для борьбы как с естественными, так и организован­ными помехами, особенно в радиолокационных угломерных устройствах различного назначения. Поляризационная се­лекция организованных помех может быть пассивной и активной. Первая из них достигается согласованием поля­ризации принимаемого сигнала и антенны, а вторая обеспе­чивается поляризационным фильтром и является эффектив­ным средством борьбы с кросс-поляризационной помехой, которая считается универсальной для угломерных уст­ройств.

Поляризационный фильтр представляет собой сетку из близко расположенных друг от друга параллельных проволок или металлических пластин. Эта сетка, уста­навливаемая в раскрыве антенн, отражает радиоволны с плоскостью поляризации, параллельной осям проволок (или пластинам), и является прозрачной для волн с орто-

тональной поляризацией. Роль поляризационного филь­тра может выполнять 1акжс и отражатель антенны, если его сделать прозрачным для помеховых сигналов. Возмож­ны и иные виды поляризационных фильтров.

Первичная частотная селекция основывается на раз­личии спектров полезного сигнала и помех. Она обеспечи­вается перестройкой и максимально возможным сужением полосы пропускания приемника. В угломерных устройст­вах с коническим сканированием применяется, кроме того, перестройка частоты сканирования /\.„ = Qch 2л, позво­ляющая устранять или существенно уменьшать влияние прицельных и заградительных помех по FCK. Эти помехи представляют собой непрерывный или импульсный сигнал несущей частоты, модулированный по амплитуде гармони­ческим напряжением с частотой F(.K или шумом, спектр которого располагается вокруг FKl{. Сужение полосы про­пускания приемника достигается с помощью высокочас­тотных систем стабилизации частоты излучаемых колеба­нии и подстройки частоты гетеродина в радиоприемнике, а также системами слежения за допплеровской частотой и скоростью изменения ее во времени.

Первичная частотная селекция наиболее эффективно позволяет вести борьбу с активными и пассивными маски-рчющими помехами. Она способствует также полному уст­ранению или существенному уменьшению влияния отра­жении от подстилающей поверхности и местных предметов.

При фазовой первичной селекции учитывается разли­чие (разово-частотных характеристик у принимаемых по­лезных сигналов и действующих радиопомех. Такая селек­ция осуществляется системами фазовой автоподстройки частоты, которые полностью подавляют помехи, ортого­нальные по фазе с опорным сигналом, и существенно умень-п.аю! мощность широкополосных шумовых помех на выходе радиоприемника. Ослабление влияния широкополосных поисх при фазовой селекции объясняется тем, что в соста­ве ыпх помех содержатся составляющие, фазы которых совпадают и ортогональны по фазе с опорным сигналом.

Первичная временная селекция основывается на воз­можности различать импутьсные сигналы и помехи по дли­тельности и моментам появления их во времени, а также по частоте повторения импульсов. Эта селекция осуществляет­ся автоселекторами импульсов по длительности, их поло­жению во времени и частоте следования.

Автоселектор импульсов по длительности пропускает сигналы, время действия которых лежит в заранее установ­ленном диапазоне. Из-за всякого рода нестабильностей этот диапазон несколько превышает длительность используемых импульсных сигналов, что не позволяет подавлять помехи полностью.

Селекция импульсов по частоте их следования (повторе­ния) FH осуществляется устройством, содержащим схем\ И и линию задержки. Последняя задерживает входные ви­деосигналы на время Т„ = !/•-,. Задержанные и незадер­жанные импульсы подаются на схему И, которая пропускает лишь импульсы с периодом повторения Тп и является ра­зомкнутым ключом для помеховых импульсов, если их час­тота повторения не равняется Fa. Принципиально авто­селекторы импульсов по частоте повторения могут рабо­тать в диапазоне не только видео-, но и радиочастот. Авто­селекторы импульсов по длительности и частоте повторения пригодны для применения во всех типах радиотехнических устройств, передатчики которых излучают периодически следующие во времени импульсные сигналы с неизменными длительностями.

Первичная временная селекция импульсов по положе­нию реализуется'в импульсных автодальномерах, сигналы которых применяются для стробировання (отпирания) ра­диоприемников на время действия принимаемых полезных импульсов. Такие автодальномеры обеспечивают защиту как от импульсных помех, синхронных по периоду повторе­ния с полезными импульсами, но отличающихся от послед­них по моментам возникновения, так и от помех типа отра­жения радиосигналов от протяженных целей. Возможны, например, ситуации, когда удаляющийся от РЛС самолет выбрасывает дитюльные отражатели в заднюю полусферу. Цель создания помех такого типа состоит в том, чтобы при­нудить автодальномер, а вместе с ним и угломерное устрой­ство РЛС автоматически сопровождать не самолет, а облако дипольных отражателей. Однако если в радиолокационном автодальномере ось следящих пол\стробов совмещается не с центром пяжести» принимаемого импульсного сигнала, а с его срезом, то можно сопровождать по дальности самый удаленный отражающий объект из группы, образующей iipom-Kuuix ю ц^ть, н тем самым обеспечить автоматическое определите координат цели (самолета), а не облака пассив­ных помех Ы. Одновременно появляется возможность за-

шиты автодальномера и РЛС в целом от действия уводя­щих по дальности помех.

Отделение полезных сигналов от помех по различию их интенсивности на входе радиоприемника или какого-либо другого его элемента принято называть первичной ампли­тудной селекцией. Наиболее просто отсеиваются помехи, которые менее интенсивны, чем полезный импульсный сиг­нал на входе приемника и не совпадают с ним по времени действия. Для атого достаточно использовать ограничитель снизу. Подобный ограничитель часто полезен и в системах с непрерывными во времени полезными радиосигналами. Чтобы ограничитель снизу незначительно искажал переда­ваемую информацию, требуется как можно больше повы­шать мощность передатчика.

В импульсных радиоэлектронных системах помимо ог­раничителей снизу могут применяться селекторы импульсов по уровню, исключающие прохождение помеховых импуль­сов, амплитуда которых превышает уровень полезного сигнала. Работа селектора импульсов по уровню основана на использовании ограничителя снизу, выделяющего лишь имп\льсы помехи, и схемы НЕ. На эту схему подаются вы­ходные импульсы ограничителя и смесь полезного сигнала с помехой. При одновременном действии двух сигналов на схему НЕ ее выходной эффект оказывается равным нулю, вследствие чего она пропускает только полные сигналы. В реальных условиях полное устранение помех не обеспе­чивается. Однако их влияние может быть существенно сни­жено. Амплитудная селекция достигается также методом накопления и путем углового стробированпя.

Сущность метода накопления, которое пригодно для всех типов радиотехнических устройств, сводится к тому, что решение о наличии сигнала принимается не сразу после его поступления в приемник, а спустя некоторое сравнительно продолжительное время Тн. Величина Тл выбирается так, чтобы можно было выявить статистические свойства дейст­вующей помехи, но при этом не должны заметно изменять­ся контролируемые параметры (угловые координаты цели, команды управления движением летательных аппаратов и т. д.).

Накопление сигнала в импульсных системах осущест­вляется сумматорами, а в системах с непрерывным излуче­нием — интеграторами. Сумматоры и интеграторы умень­шают эффективность широкополосных шумовых помех. Ш

Это эбъясняется тем, что накапливаемые сигналы являются когерентными, а шумы суммируются энергетически. Накоп­ление импульсного сигнала в течение п периодов его повто­рения улучшает отношение мощностей сигнала и шумовой помехи в п раз по сравнению с тем, что имеет место на входе сумматора (или интегратора); причем для интегратора эк­вивалентом п является величина 7",, тк, где тк — время кор­реляции помех. Доказательство сделанного утверждения мо-кно нлЧти в гл. 7 данной книги, а также в 1185].

Наряду с временным накоплением, о чем речь шла выше, возможно частотное и кодовое дублирование. Если при вре­менном дублировании сигналы передаются последовательно во времени, то частотное дублирование харак!еризуется передачей данного сообщения одновременно на нескольких несущих или поднесущих частотах. При кодовом дублиро­вании каждое сообщение отображается соответствующей кодовой комбинацией импульсов, которая одновременно или последовательно во времени повторяется п раз.

Угловое сгробированне является средством, обеспечи­вающим повышение разрешающей способности радиотех­нического устройства по угловым координатам благодаря специальной обработке сигналов в приемнике. Поэтому по­являются дополнительные возможности борьбы с радиопо­мехами. Сущность метода углового стробированпя поясним на примере защиты угломерного радиотехнического устрой­ства от действия на него двухточечной мерцающей помехи. При этом считаем, что осуществляется выключение следя­щей системы угломера на время излучения передатчиком помех, расположенным на цели, которую не нужно сопро­вождать по направлению или поражать самонаводящейся ракетой. Факт излучения передатчиком помех устанавли­вается следующим образом

При отсутствии мерцающей помехи определение угловых координат осуществляется сравнительно точно и сигнал рас­согласования в следящей системе близок к нулю. Таким он остается практически и при включении передатчика помех, совмещенного пространственно с пеленгуемой целью. Как только начинает работать передатчик помех, расположен­ный вне пеленгуемой цели, величина сигнала рассогласо­вания резко возрастает. Это фиксируется амплитудным се­лектором и используется для выключения следящей системы угломера. В момент окончания работы передатчика помех сигнал рассогласования уменьшается и следящая система

снова замыкается. Возможны и иные пути реализации мето­да углового стробирования.

Структурная селекция основывается на различии струк­туры помех и полезных сигналов. При этом структура по­следних зависит от используемых видов модуляции. Так, известные в радиолокации импульсные сигналы с линейной частотной модуляцией несущей частоты, позволяют реали­зовать принцип сжатия в приемной установке. В соответ­ствии с этим принципом импульс большой длительности с заранее известным законом изменения его несущей час­тоты преобразуется в узкий импульс. Поскольку отдельные полуволны полезного импульса связаны между собой же­сткой функциональной зависимостью, а помехи (например, шумовые) являются случайными, накопление последних в процессе сжатия происходит относительно слабо. В то же время амплитуда узкого импульса существенно возрастает по сравнению с амплитудой широкого импульса.

В полном объеме структурная селекция может быть реа­лизована лишь с помощью систем, осуществляющих рас­познавание образов (сигналов). В настоящее время развитие таких систем находится в начальной стадии.

Комбинированная первмчная селекция представляет собой различные совокупности рассмотренных выше селек­ции и может быть частотно-временной, пространственно-временной, пространственно-частотной и т. д. На практике комбинированная первичная селекция используется очень часто.



5. Вторичная селекция

Вторичная селекция связана с контролем сопутствующих параметров сигнала, которые формируются при специаль­ном его кодировании на передающей стороне, чтобы повы­сить помехоустойчивость радиотехнического устройства. Это означает, что для осуществления вторичной селекции требуется дополнительное увеличение энергии излучае­мых колебаний. Различают частотную, фазовую, временную, амплитудную и структурную вторичные селекции.

Частотная вторичная селекция обеспечивается модуля­цией несущего сигнала дополнительными поднесущими коле­баниями. Так, например, непрерывный сигнал подсвета цели для полуактивной головки самонаведения может моду­лироваться по частоте «дальномерным» синусоидальным на-142

пряжением [147], а в системах многоканальной радиосвязи и командных радиолиниях управления часто используется частотное разделение каналов, достигаемое с помощью специальных отличающихся по частоте поднесущих коле­баний.

Вторичная частотная селекция в приемных устройствах осуществляется демодуляторами и фильтрами, которые свя­зываются непосредственно с исполнительными устройст­вами или входят в состав следящих систем. Благодаря вто­ричной частотной селекции снижается уровень шумовых помех, а в системах самонаведения с непрерывными сигна­лами подсвета цели помимо того устраняется захват на ав­тосопровождение помеховьгх сигналов, источники которых располагаются за пределами дальности действия ракеты. Фазовая, временная и амплитудная вторичные селекции относятся к синусоидальным и импульсным поднесущи.м, а не несущим колебаниям. По своим возможностям и спосо­бам реализации они подобны одноименным видам первичной селекции. При рассмотрении амплитудной вторичной селек­ции следует иметь в виду, что в этом случае угловое стро-бирование по поднесущим сигналам не применяется. Для вторичной селекции импульсов по положению требуется передача специальных опорных сигналов.

Для реализации вторичной структурной селекции, ос­нованной на анализе видеосигналов приемника, исполь­зуются не только сопутствующие параметры сигналов, но и дополнительные сигналы. В настоящее время различают вторичную структурную селекцию без обратной связи и с обратной связью. Первая обеспечивается тем, что сигна­лы, излучаемые передатчиком защищаемого радиотехни­ческого устройства представляют собой кодовые группы импульсов с известной на приемной стороне структурой. Для этого могут использоваться избыточные числовые и различного рода нечистовые коды, а также квазислучайные сигналы. Среди избыточных двоичных кодов широко извест­ны коды с обнаружением, коды с одновременным обнаруже­нием и исправлением ошибок, а также нечисловые коды, типичным представителем которых является временной код, представляющий собой группу импульсов с заранее известными интервалами между ними. Если структура при­нятого сигнала после пребразования его в видеоимпульсы отличается от сигнала, сформированного в передатчике, то при селекции без обратной связи фиксируется наличие по-

мехи и на исполнительное устройство напряжение не по­дается.

Селекция без обратной связи применима в любом радио­техническом устройстве и целесообразна для борьбы с им­пульсными маскирующими помехами. При структурной селекции с обратной связью помимо контроля за структу­рой выходных сигналов радиоприемника осуществляется устранение ошибок в передаче сообщений (например, ко­манд управления). Это достигается применением систем двусторонней радиосвязи, называемых также системами с обратной связью.

Различают обратную связь с переспросом и со сравне­нием 166. 75]. Если при наличии обратной связи с переспро­сом приемник, анализируя поаупивший на него сигнал, устанавливает, что последний не отражает ни одного из возможных сообщений, то на передающую установку посы­лается сигнал переспроса. Получив этот сигнал, передатчик в прямой цепи связи осуществляет повторную передачу пре­дыдущего сигнала. Так происходит до тех пор, пока не прек­ратятся посылки переспроса.

Когда используется обратная связь со сравнением, приемник в прямой цепи снязп (основной приемник) ин­формирует передающую сторону о поступивших сигналах, посылая для этого по цепи обратной связи сигналы, именуе­мые квитанциями. В передатчике сведения, поставляемые квитанциями, сравниваются с тем, что было передано. В случае несоответствия сравниваемых данных с передат­чика в основной приемник посылается команда, запрещаю­щая использование пр<-дмд\ :щто сообщения и повторяется передача нужного сообщения. Если квитанция соответствует переданному сообщению, то передача каких-либо дополни­тельных сигналов по прямой цепи связи не производится и в приемной установке фиксируется сообщение, полученное к момепг\ формирования очередной квитанции. В простей­ших системах роль квитанций выполняют сигналы, транс­лируемые с выхода основного приемника.

Метод структурной селекции с обратной связью можно реализовать лишь в радиотехнических устройствах связи (радиолиниях передачи команд, системах передачи данных, раднок-лефонных станциях, неавтономных средствах ра­дионавигации и т. п.) при передаче лишь дискретных сооб­щений. Построение таким же образом радиолокационных станций исключено, поскольку роль источников, формирую-

щих для них радиосигналы, играют цели противника или радиолокационные объекты иного типа. Структурная селек­ция с обратной связью позволяет бороться с импульсными маскирующими помехами.


  1   2   3   4


База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка