автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Повышение помехоустойчивости радиоприемника при действии квазигармонических помех

од

На правах рукописи

БОГАЧЕВ Сергей Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ РАДИОПРИЕМНИКА ПРИ ДЕЙСТВИИ КВАЗИГАРМОНИЧЕСКИХ ПОМЕХ

Специальность 05.12.17— Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

АВТОРЕФЕ РАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена п Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевима.

Научный руководитель— кандидат технических наук, профессор В. В. ПАЛШКОВ

Официальные оппоненты: академик АТР, заслуженный деятель

науки н техники РФ, доктор технических наук, профессор К. А. СЕМЕНОВ; кандидат технических наук, старший научный сотрудник А. И. ЦУГУЛИЕВ

Ведущее предприятие — Российский институт мощного радиостроения.

3a™»ii диссертации состоится « . . . »......1996 г.

и г / час. на заседании диссертационного совета при Санкт-Пе) ербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Вонч-Бруевича по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзыв in автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

J У ¿¿¿ал-

Автореферат разослан « т\ . » . ......1906 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, _ доцент (У}

В. X. ХАРИТОНОВ

Подписано к печати 05.05.96 г. Объем 1 печ. л. Тираж 60 экз.

Зак. 211

Ротапринт тип. СПбГУТ. 198320, СПб, ул. Свободы, 31

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Иа входе радиоприем-ика вместе с колебанием желательного радиосигнала действуют олебания радиопомех /помех/ естественного и искусственного про-' сховдешш. Наличие помех приводит к ухудшению верности приема ообщенкя. В связи с нарастающими 'темпами развития и внедрения практику различного электротехнического и радиоэлектронного борудования возрастают уровни напряженности' поля помех искус-твенного проиоходдения, что значительно 'осложняет электромаг-итную'обстановку /ЭМО/ в месте приема..-;.

В то же время обеспечение радиосвязи' и радиовещания требует повышения верности приема сообщения. Поэтому проблема повы-[ения помехоустойчивости радиоприемника /приемника/, как соста-1ная часть общей достаточно обширной проблемы повышения помехо-гстойчивости системы передачи информации, всегда была и остает-:я актуальной, а с течением времени актуальность этой проблемы ¡се более возрастает.

Фундаментальные работы по теории ни унциальной помехоустойчивости и теории оптимальной линейной фильтрации служат теоретической базой проектирования оптимальных приемников и лпти-лальных линейных фильтров .для выделения передаваемого сигнала в условиях действия (Змуктуационных помех.

Практическая работа в области радиовещания и радиосвязи показывает, что весьма актуальной в совремешшх условиях является проблема повышения помехоустойчивости реального приемника в условиях действия квазигармонических помех. Поэтому необходимы разработки методов повышения помехоустойч:шости реальных 'приемников в условиях сложной ЭМО при действии квазигармонических помех. Решение этой проблемы должно быть подчинено реализации потенциальной помехоустойчивости приема.

Помехоустойчивость реального приемника определяется характеристиками эффективной избирательности главного тракта приема /ТТП/ и качеством работы детектора. Исследованию путей повышения томехоустойчивости реальных приемников посвящен ряд работ, в которых эта проблема решается методами уменьшения нелинсйнос-ти характеристик отдельных звеньев приемника, адаптивной защиты ГТП в условиях изменяющейся ЭМО, адаптивной фильтрации, компенсации помех.

В ¿тих работах не получали дальнейшего развитая кетодр коъщеисац.ь1 о г до ль них квазигармонйческзх ло.мех, действуют,.*. I: полосе частот праннь^емого сигнала, методы автоматическое ре-гул^овк*. режлаа адаптнзных элементов тракта приема сог^с/« критерию оптимизации с учетом реальной 3а!0, аатоды повапе:-:::я помехоустойчивости автоматической регулировки усиления /АРУ/ ■ по пилот-сигналу.

Исследогашаэ этих вопшсов к посвящена дассерташмкпгя работа.

Цель и задачи работа. Цель» .цпсгэрта-циошюй работы яшшется разработка и исследование методов повышения помехоустойчивости рациоприеишка з сложной поглззсозс:: обстановке. Для достижения поставленной щелц з работе решаются следующие задачи:

теоретические н экспериментальные исследования ЗЛО в месте приема в широком диапазоне радиочастот;

теоретические к экспериментальные доследования характеристик изашодейстмгя сигнала и помех в пряе:лннко„ оценка соврел'.в'' ных приемников и определение требовании лг^х усовершенствованию набор и обоснование критерия оптимизация приеышгка, анализ возможностей оитшизавди и оптимизация на основе совершенствования злеыентов структурной схемы прнекшаса;

разработка рокошзидаций и новых технических релеши, позво ляшдых повысить помехоустойчивость приемников при действии к^а-зпгарйснцчокиос помех согласно выбралнсму лл::тер;ы) сит^ллзац::.!, экспериментальные исследования новых технических резопий.

¡1 е т о д ы исслецоьапнЁ. Дрн решении пос-тавлехшьис задач пр.;менены следукциз методы исследований: гармонический 2 спектральный анализ, теория лвшейных и нелпнзйних электрических цепей, теория случайных процессов, теория радис-приеиа. Наряду с теоретическими отменялись экспетмментачьныо метода исследований.

Научная новизна проведенных в дисссртацл-ошои работе исследований заключается в следующем:

обобщены и систематизированы разрозненные данные о состоянии Э20 в широком диапазоне радиочастот;

решена задача выбора элементов тракта, обеспечива®Щ:1Х повышение помехоустойчивости радиоприема;

разработан ряд технических решений повышения помехоустойчивости радиоприемника;

исследованы предельные возможности повышения помехоустойчивости иа основе применения разработанных технических решений;

разработаны алгоритш автоматической регулировки решила адаптивных элементов тракта приема по уровнял сигнала и помехи.

Научная новизна подтверждается наличием четырех патентов

РФ.

Практическая ценность диссертационной работы.

Проведены практические исследования ЭМО в конкретном месте приема в широком диапазоне радиочастот, результаты которых позволяют выявить помехи, оказывающие мешающее действие радиоприему. Определены возможные уровни помех на входе приемника при' работе рг щопередатчика на малом расстоянии от места приема. Проанализирована тенденция увеличения численности радиовещательных станций за последние пять лет.

Проведеш экспериментальные исследования интермодуляционного процесса в преселекторе приемника применительно к сложной ЭМО.

Обоснованы требования к повышению помехоустойчивости птетр"-ников.

Предложен ряд конкретных устройств, позволяющих повысить по1.:е:;оустойЧ!Шость приемников.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы реализованы в научпо-пс-следо1!атольских и опытно-конструкторских работах ШИРПА км. А. С. Попова /г. Санкт-Петербург/, в научно-исследовательских работах Л0Н1ШР /г. Санкт-Петербург/, что подтверждается агатами внедретш

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуздались и получили одобрение на 47-й, 48-й, 49-й научно-технических конференциях Н10РЭС им. А. С. Попова /Санкт-Петербург, 1992 - 1994 г.г./, на 47-й, 48-й научно-технических конфе^опциях СПбГУГ мл. проф. М. А. Бонч-Бруевича /Санкт-Петербург, 1994 - 1995 г.г./.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 работ, в -том числе 4 изобретения, защищенные патентами Российской Федерации.

Личный вклад автора. Основныь печные положения, теоретические выводы и практические рекомендации получены автором самостоятельно.

Структура и ..объем д и с с е р т а ц и и.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения,

' списка публикаций по материалам работы, списка, литературы из 144 наименовании, 5-ти приложений. Работа содержит 201 страницу, 42 рисунка, 16 таблиц. Основной текст изложен на 168 страницах.

Основные положен и я,- выносимые на защиту.

1. ЭМО в месте приема осложняется в связи с ростом численности и мощностей источников-помех искусственного происхождение энергетически доминирующими 'и. наиболее опасными для приема соос щений из которых является квазигармоническиа помехи от радиостг нций. Вследствие высокой степени ^загрузки радиочастотного диапг зона радиостанциями, с учетом характеристик взаимодействия сигнала и помех в ГТП и детекторе, необходимы разработки методов повышения помехоустойчивости приемников при действии квазигармонических помех.

2. Предложенные методы борьбы с квазигармоническими помех! ми основываются на различии тонкой структуры сигнала и помех.

. Существенное улучшение результатов приема сообщений достигает« введением в структуру приемника блоков компенсации квазигармош ческих помех.

3. Предложенные методы адаптивной защиты ГТП от нелинейно] поражения в условиях изменяющейся ЭЫО в месте приема позволяют улучшить эффективную избирательность приемника и соответствен» повысить помехоустойчивость приема сообщений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш иссл( дования, сформулированы цель и задачи работы, перечислены осно) ные научные и практические результаты, приведены сведения о ст] ктуре и объеме диссертации.

Первая глава посвящена^ изучению и исследован! ЭМО в мосте приема.

" В работе систематизированы данные о природе происхождения электрических структурах, характеристиках помех естественного i искусственного происхождения,- проанализированы тенденции увеличения степени загрузки радиочастотного спектра, выполнены эксп< риментальные исследования ЭМО в конкретном месте приема.

Рассматриваются практически все виды помех: атмосферные; космические и тепловые; внутренние; индустриальные; от радиост! цвй;,а также пассивные, вызванные изменением коэффициента передачи радиоканала вследствие изменения условий распространения

^ащ.оволи. Основное ыпмание в работе уделяется помеха;.! внешнего нролс»:о:сцелпя.

Весь киь-ллекс по./.ел разделяют на составляющие: сосредоточенные по спектру /гармонические, квазигармонические'/; сосредоточенные но ьре.леш. /¡йл1уль01гае, квазигашульсные/; флуктуацяои-ные /гладкие/. Описываются эти составляющие при помощи спектральная, ьроменшк и статистических моделей, которые представлены в работе.

Отмечается, что па частотах: до 20 МГц наибольшие уровни имеют квазигармопичёские помехи от радиостанций и импульсные /атмосферные, индустриальные/, меньшие значения тлеют уровни ушуктуационных помех; от 20 ГЛГц до 1' ГГц наибольшие уровни ¡смеют квазитармонические помехи /от радиостанций, индустриальные/ и флуктуационные /космические/, при этом на частотах от 100 МГц до 300 МГц возмохсны проявления иг.шульсных помех /индустриальных/; от 1' ГГц до 10 ГГц наибольшие уровни имеют флуктуационные помехи /кос.-.шческие/ и возможны помехи от соседних радиолиний; от 10 ГГц и выше флуктуационные помехи возрастают из-за поглощения в атмосфере, особенно при наличии водяных паров и из-за метеоусловий.

Известно, что при распространении радиоволн в-БЧ диапазоне флуктуации амплитуды и фазы сигнала практически независимы, при этом фаза сигнала значительно стабильнее его амплитуды.

Показано, что энергетически доминирующими являются квазигармонические помехи от радиостанций, и очевидна тенденция увеличения- степени загрузки частотного диапазона радиостанциями. Уровни радиосигналов на входе приемника в диапазоне 0,1 -*30 ¡.{Гц составляют 60 - 110 дБмкВ и более, в диапазоне 30 - 900 МГц достигают 96 .[¿БмкВ. При необходимости работы приемников и передатчиков в непосредственной близости друг от друга на входе прн-ешшка действуют мощные сосредоточенные помехи, уровни которых достигают 120 - 160 дБмкВ и более. Материалы из литературных источников и самостоятельный анализ справочных данных о радиовещательных станциях ДВ, СБ, КВ диапазонов за период с 1989 по 1994 г.г. свидетельствуют о том, что количество радиостанций растет, и увеличиваются мощности передатчиков.

В работе приведены зависимости уровней напряженности поля внешних помех от частоты в вице графиков и таблиц. Эти зависимости получены из разрозненных материалов исследований помех и по результатам самостоятельных практических исследований ЭМО в

i,;ucre libera.

ivIaTuinia/ш исследований первой главы диссертации позволили разработать требования и рекомендации к повышению помехоустойч^ вости рацкопрпешгаков.

Вторая глава посвящена исследованию процессог взаимодействия сигнала и помех в приемнике.

Результат приема сообщений зависит не только'от ЭМО в меса приема, но и от помехоустойчивости приемника. В условиях приеме когда уровень внешних помех выше уровня собственных шумов прие! ника, помехоустойчивость определяется, главный образом, эффективной избн.>ат~л иостью ГТП и качеством работы детектора.

В ¿¡аботе рассматркваются методы анализа характеристик , поме хоустойчивости на основе структурных и функциональных моделей приемника. 'Анализ характеристик ГШ и детектора позволяет сделать bHBO'j о том, что главными причинами ухудшения приема являются: ui>H.doe ирохо лценпе мешающего сигнала вследствие недостач ной линейной избирательности в частотйых зонах вблизи основноп канала приема, относящихся к соседним и побочным каналам приеш прямое прохождение помехи вследствие попадфнш ее несущей част! ты в полосу частот основного канала приема, что часто бывает и: за неблагоприятно сложившейся ЭМО в месте приема; нелинейные ai фекты ь элементах приемника, обусловленные взаимодействием пом и «шлательного сигнала.

Известно, что линейная частотная избирательность определя ся сле.цующкш характеристиками: полосами пропускания и коэффиц ентачи ирямоуголыгасти АЧХ фильтра'основной избирательности и преселектора, линейностью ФЧХ, равномерностью АЧХ в полосе про пускай;^, ослаблением чувствительности для побочных каналов пр ема - и осуществляется илектрическими цепями с частотозавнсямы коэффициентом передачи. Для ослабления чувствительности по nod иым каналам приема тх>ебуется такхе использование перемно.штеле аащшдонай по сьож характеристикам близких к идеальным.

Дин анализа нелинейных эффектов в приемнике используется модель и пине укороченного ряда Тейлора. Показан механизм поят ления нелинейных эффектов типа блокирования, перекрестной мовд ляции, интермодуляции, вторичной модуляция. Отмечено, что неоС ходило учитывать эфТыкт детектирования, особенно при действии поыех с болытил. уровням*: напряжения. Для уменьшения нелляешп ащфоктоь не обводило н^иг/.енять электронные прибора с ыалши дад ференцнальицм1 параметрам не-зшейности и сни-кать уровни поме» на пхоца uoyiioro иояишГ.ауго элемента приемника. Для подавлен*

мешающих сигналов, входящих в полосу час .'(/г (j/iarij.'jj.iioro cmí1-нала, необходимо применять специальные метод« борьбы с Помехами. ' .

В работе рассмотрен процесс вза",чодейстш\я сигнала и ква-знгармоааческой помехи в амплитудном н частотно;".'детекторах.

В результате взаимодействия желательного сигнала н ашнтин-ной кьазягармонической помехи на входе детектора образуется суммарное колебание, амплитуда и фала которого '¡зконяются с часто-то: ÓI'WLÚi.

где fi) - амплитуда и f¿ (i) - фаза суммарного колебания.

Напряжение на выходе амплитудного детектора /АД/ при услс-шш, что сигнал и помеха содержат амшштудпую модуляцию,

Ибихд = Кд Veo Пс * Кд Шп (Vn\/Z V„) cosüni +

где Кд - коэффициент лередачн АД; Vlo .Tic, Л с ~ амплитуда несущего колеба1ЫЯ,коэф-Тнсдулщш,частота модулям.-'. сигнала соигиетст-векно; 1ГП0 , mn, íln - амплитуда несущего копеиалм^кооф-т модуляции частота модуляции помехи соответственно; Ле - частота биений.

Очевидно, что если частота биен;й вводит is полосу uponyci д-н«я флльтра лодущруодах частот детектора, то огп^иолпе сигнала к помехе ::а гаходе детектора ушилап'ся по сравнению с тем :::е отношение;,: па нходе детектора, н качество приема сообщен:ш значительно укутается.

Напря.мж.е на выходе идеального частотного детектора /4,1/, обусловленное помехой,

На« чд -5ЧДЛб[(1Г„/1Гс) - 3 №№)]«*№,

где S дд — крутизна детекторной характеристики "Ц.

Из теории потенциальной помехоустойчивости известно, что для наилучшего приема сообщения необходимо обеспечить ьшниглугд среднеквадратпчесг.ого отклонения принятого сигнала от овдае/.ого.

где х fi) = °S(í) + я (i) - смесь сигнала 5 (i) и иш/.ао П. (i); Wi) - сосбденпе, содержащееся в смеси х(1).

Ecje; n(i)-0 , то x(i)— S(i, V) и .

Петру иго за7.ет.:ть,какие поме< : ix-urt«)*.-::" nc t.-wr» на выходе АД пли нечопустьть их появлешч! и ГТП.

Создание максимально возможного отношения желательного сигнала к помехе до детектора является целевой функцией ГТП. Б работе дана оценка качеству работы ГШ при помощи известного критерия - вероятности поражения приема желательного сигнала, а также предъявлены требования к увеличению вероятности приема.

Рпр = 1 - РП , где Рп , Рпр - вероятности приема,поражения приема соответственно.

Полная вероятность поражения приема желательного сигнала

Рпр 8 1 - 0" Рпрл)(<- Рпр и), где РЯрл > Рпр н ~ вероятности поражения приема для линейных ц нелинейных каналов приема соответственно. Рпр л зависит, главным об|)азом, от уровня принимаемого сигнала и линейной частотной избирательности и с их ростом убывает. РПр н от уровня сигнала не зависит, а зависит от уровня порога метания н с его ростом убывает.

Показано, что вероятности поражения приема современных профессиональных приемников в условиях сложной ЭМО составляют 0,110,26. Для достижения требуемого качества приема необходило улучшать характеристики нелинейности ГШ, в основном уменьшать продукты интермо.дуляции третьего порядка. Чтобы обеспечить вероятность поракения приема ГШ современного приемника не более 0,05, требуется увеличить динамический диапазон по интермодулящш третьего порядка на 14 - 24 дБмкВ /от 70 - 80 дБмкВ до 94 дБжВ/.

В работе проведены экспериментальные исследования взаимодействия сигнала и помех в преселекторе приемника, которые выявили уровни кнтермодуляцпонных помех третьего порядка, возникающие применительно к сложной ЭМО, а также подтвердили выводы-теории о необходимости учета эффекта детектирования в усилительном элементе.

Третья глава посвящена' структурной и параметрической оптль.шзацлп приемника.

В работе проведен обзор существующих критериев оптимизации ГШ, направленных на повышение помехоустойчивости приема, отмечены их достоинства и недостатки. В качестве критерия оптимизации ГШ принят коэффициент ошибок Дош/, предложенный В. В. Пал-шковым. Кош равен отношению величин ошибки в воспроизведении сообщения реальным 'и 'идеальным приемником. Относительная средне-квадратическая ошибка воспроизведения идеального и реального приемшоса равна отношению мощности помехи к мощности сигнала.

твдствкб неидеальности характеристик эффективной избиратель-зтк ГШ отношение сигнала к помехе на выходе тракта ухудшает, и выражение для целевой функции имеет вид " * Ш + У'7кг * Ким + 1£пп )

1 (ькн+ -• '

) Кш - коэффициент шума приемника; <з6=ТА /Т0 - относительная йовая температура антенны; У - отношение сигнала к помехе на соде идеального тракта; К^, К^, К^, К]1 - соответственно ко-рициешм перекрестных искажений, блокирования, интермодуляции, шлинейности амплитудной характеристики; КПП ~ коэффициент с.гаго прохождения помехи па побочным каналам приема.

За критерий оценки и оптимизации детектора принято отноше-з ме-эду отношением мощностей сигнала и помехи на выходе лектора и отношением мощностей сигнала и помехи на Еходе детек-?а.

з Вд=уВд - выигрыш в величине отношения напряжений сигнала помехи. ■•

Выражение .для критерия оптимизации приемника в целом приоб-гает ввд

&К. ~ Вд /Кош >

э - коэффициент качества реального приемника.

На основании анализа возможностей оптимизации приемника да-практические рекомендации по обеспечению приближения резуль-гов приема к идеальным и разработан алгоритм выбора лучшего ■ рианта структуры приемника по выбранным критерия;.!. Приведены гории.м регулировок реви/а адаптивных элементов трактапо уро-о помехи-и по отношению сигнала к помехе. В результате оптк-зацни преселектора приемника при.интермодуляции разработан ал-ритг.; автоматической регулировки/коэффициента передачи .входной пи по уровню помехи.

В ч е т в е р т. о й главе предлагаются методы полония помехоустойчивости приемников по выбранному критерию оп-мызации и ряд устройств, реализующих эти методы.

В работе лроледен обзор методов улучшения характеристик не-нейности тракта. Отмечено, что эти методы ограничены электри-скылн параметрами применяемых электронных приборов, которые уеделяются уровнем технологи! в этой области. Предложены ме» ды повышения помехоустойчивости приемника путем компенсации

отдельных по.-.шх в приемнике и путем адаптации приемника к изменяющейся ЭшО. Разработаны структурные схемы, устройств, проведе] анализ работы, отмечены недостатки и предельные возможности проведены экспериментальные исследования устройства компенсации киазигарииничесюи помех.

Для метода компенсации- помех необходимо обеспечить выделение помехи из су,¿/.арного колебания и сформировать копию помехи, используемую цля компенсации. В зависимости от способа выделею помехи нозмо'лны различные структуры устройств. В диссертадионж работе п;)ецло::ена структурная схема устройства компенсации гармонически помех в радиоприемниках' амдлитудно-модулированных' м гналов. Принцип работы предложенного устройства основан на ис-пользоьании различия в тонкой структуре сигнала и помехи. В дат ном случае в законе изменения фазы суммарного колебания существуют извинения, обусловленные только действием помехи. Это обстоятельство позволяет выделить копию помехи, используя формирователь сигнала бдений /ФСБ/.

Нпг.ря;сенке помехи на выходе ФСБ ,

Напряжение помехи- на .выходе амплитудного детектора /АД/ црием-ника

м ' [Ъо сазйс1 + 1ГП0 0 + тя) соу ЛБ.

Сформированная в ФСБ копия помехи подается вместе с сумма]: ним колебанием, действующим на выходе АД, в алгебраический сумматор, где и происходит компенсация помехи.'

ФСБ состоит из илзального частотного детектора, корректора и регулируемого усилителя. Для управления алгебраическим сушат тором, который должен работать либо как сумматор, либо как вычи татель в зависимости от расположения помехи в частотном спектре относительно несущего колебания сигнала, служит управляемый ком мутатор. В устройстве предусмотрена регулировка уровня и фазы напряжения копии помехи по минимуму мощности на выходе приемник

Выигрыш в отношении сигнала к помехе при компенсации

где В - выигрыш, полученный при использовании устройства компенсации.

Компенсация возможна при отношениях сигнала к помехе равны 3 - ДО и более, при соизмеримых значениях сигнала и помехи компенсация нарушается. Показано, что при использование устройств)

выигрыш в увеличении отношения сигнала к помехе достигает 24 дБ и <5сшее. Результаты экспериментальных исследований отличаются от теоретических на 1 - 3 дБ.

Для более эффективной компенсации помехи необходимо увеличивать уровень колебания несущей частоты сигнала и уменьшать коэффициент модуляции сигнала. С этой целью предложено радиоприемное устройство с компенсацией квайкгармонических помех. В этом устройстве при помощи автоматической регулировки усиления /АРУ/ изменяете^ уровень несущего колебания в зависимости от уровня колебания помехи, тем самым изменяя коэффициент модуляции сигнала и создавая необходимое отношение сигнйла к помехе для эффективной компенсации.

; . Из акшлитудао-иодулированно^о /АМ/ сигнала при помощи режек-торного фильтра пасущей /ТФН/ вырезается несущее колебание, которое усиливается в регулируемом усилителе несущей /РУН/. В результате образуется .два колебания: колебание с двумя боковыми полосами /ДЕЛ/ с незначительным остатком несущей и колебание несущей частоты. Эти два колебания поступают на сумматор, на выходе которого . случаем колебание AM сигнала с регулируемым уровнем колебания несущей частоты л у у* [ ¡Л

= («о Ч') Ve» «w(w„t + Z 2(* *

где К0 = х КлФН 2 ГС «*>)//ГК), ТГ^т, V«, .

Аналитическое выражение AM сигнала' на выходе сумматора

И.Ц = ve0ti [í + 2* аи(Дс* -£*)] cas (cü0i - %) ,

где Vc02t - Va, (Ko Я') , Шел = Vkc/l^eíí • Необходимым

условием суммирования является точное совпадение фаз суммируемых колебаний. Для этого можно применять разлившие варианты схем восстановления несущего колебания с использованием фазовой автоподстройки /ФАП/, которые широко известна .и могут быть более • удобными и эффективными.

Продельные возможности устройства ограничены крутизной характеристики фазового детектора АРУ РУН и динамическими диапазонами тракта основного усиления и амплитудного детектора преемника. •

Предаохена структурная схема устройства компенсации квази-гармоипческой помехи при приеме AM сигнала. Принцип работы основан на сравнении уровней колебаний верхней и нижней ботовых полос Ai.ï сигнала. гтруктурная схема тстооиства допускает несколь-

со вариантов ее использования.

В работе предложена структура приемного устройства с подах лением интермодуляционных помех. В приемнике осуществляется автоматическая регулировка чувствительности /ЛРЧ/ по отношению уровня интермодуляционной•помехи к уровню сигнала.

При действии помех на входе приемника на выходе нелинейно: /усилительного/ элемента /НЭ/ появляется напряжение интермодулг ционной помехи, амплитуда которого

V - ^ Уг 1Г •т. им д *т.п 4 «тп г »

коэффициент интермодуляции

^им ин/^о ЦЛгС =50 ТГтяЧ ТУ^ппг/8 50 1Г„1оС }

где Утл \. Кт г • Ут0с - амплитуды напряжений помех и сигнала соответственно на входе НЭ, Б"/50 - параметр нелинейности НЭ 3-] порядка.

Принцип работы устройства основан на использовании изменения фазы суммарного колебания при действии аддитивной инзермод: ляционной помехи.

Амплитуда изменения фазы суммарного кшюбания •

^г = Vm.nn /^т0с ^о > ~ ^им •

Амплитуды напряжений помех на входе ГО Цпл = Ким Ут1>с,5а/5в !ц)Ц 1Гтп1 = ¥тп г •

Наиболее точные значения амплитуд ицтермо.дуляцлонной поме, п помех, вызывающих интермодуляцию, можно получить экспериментально, как это сделано во второй главе.

Амплитуда напряжения на выходе фазового детектора

^¿М чр, ~Vrn.ru Утп а £ Рш/Т/тоС >

где К. = 1 5<рд- крутизна характеристики фазового детекто

Рн» = 3О •

Регулирующее напряжение АРЧ

Ц"р«г = <рд К яд г. где Кдц 2 ~ коч'дощиент передачи ами литудного детектора.

При минимальном регулирующем нащж.хенш1, которое соответс вует допустимому К^ коэффициент передачи аттенюатора /К^ равен единице. КАтт"= 1 при 1Гг,г $ Мр1Х нин .

где инн = Кмч'аоп 5ФД КЛА 2, . Прл увеличении 1Гр<г. КА,ГГ уме! шается, тем самым уменьшая уровень напряжения помех на входе 1 Регулировка АРЧ осуществляется по разработанному в третьей гл;

алгоритму £>тт Кр опт Vmn - сörusi.

В работе приведен пример подавления ¡штермодуляционной по-/ мехи. Показано, что при приеме сигнала с достйт.очпо высоким уровнем. устройство позволяет снизить Кош ГТП и следовательно, повысить помехоустойчивость приема сообщения.

Недостаток устройства заключается в том, что одновременно с уменьшением уровня помехи уменьшается чувствительность приемника.

Предложена структурная схема устройства подавления помех, предназначенная для повышения помехоустойчивости приемников путем адаптивной резекции. На входе приемника до первого нелинейного элемента, установлены режекторные фильтры, которые синхронно перестраиваются с изменением частоты синтезатора, осуществляющего сканирование частот в полосе пропускания преселектора.

Помеха выявляется методом амплитудной избирательности при . помощи амплитудного ограничителя /АО/ "по минимуму". Как только уровень помехи превысит допустимый, сканирование частот прекращается, а настроенный на частоту помехи реакторный фильтр включается в цепь принимаемого сигнала. Сканировало происхо.дит во всем диапазоне частот широкополосного преселектора за исключением тех частот, которые входят в полосу

где - несущая частота желательного сигнала, д F - ширина полосы частот желательного сигнала,д - ширина полосы задержания режекторного фильтра. Работа устройства осуществляется при помощи микропроцессорного блока управления и контроля. Разработан алгоритм работы устройства.

Максимальный, порог ограничения АО выбирается исходя из максимального уровня помехи .^вызывающей блокирование,

Е„р ИАК6= ^тп в накс ^пгес Яупч t

где Kj 0С, Купч - коэффициенты передачи преселектора, гцюоб-разователя частот. усилителя промежуточной частоты"соответственно; Н и s --pKeS/S"- при" 1Г„п 6 Vmc .

Минимальный порог ограничевдш АО выбирается исходя из минимального уровня помехи, вызывающей либо интермодуляцию либо .пе-регфестную модуляцию,

^огр нин ~ Утпснмн ^пр«с ^лр ^упч >

где Vmnn = USKa/S" ' при m„ = m-c.

В работе показано влияние гармонической помехи на.помехоус-

тойчивость АРУ по пилот-сигналу в приемниках с одной боковой п> лосой /ОЕП/. Гармоническая помеха, попадая в полосу пропускали, фильтра пилот-сигнала /ФПС/ системы АРУ, вызывает вторичную 'модуляцию в ГТП.

Предложена 'АРУ с подавлением гармонической помехи. Устрой ство содержит: ФПС, детектор АРУ, устройство формирования поме' хи /УШ/, алгебраический сумматор, фильтр ншших частот, порог воо устройство /ПУ/. Выигрыш в.подавлении помехи состашшет Б = Ц"сг/3 V* , где 1ГС - напряжение пилот-сигнала, 1ГП - напряде ние помехи.

Анализ эеТйоктивности работы устройства показал, что помех устойчивость АРУ по пклот-сигналу повышается и составляет от 6 дБ до 30 дБ при отношениях помехи к пилот-сигналу от 0,4 до 0, соответственно.

В заключении диссертационной работы подведен итоги проведенных исследований.

В приложениях приведены: методики и результ ты практических исследований ЭМО в месте приема; методика эксп рпмептаньного исследования нелинейного взаимодействия сигнала помех в преселекторе приемника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обобщены разрозненные материалы по ЭМО в широком диап зоне частот. Рассмотрены характеристики ЭМО в месте приема, пс воляющие оценить законы распределения уровней колебаний. Конке тизирсшани значения функций распределения уровней колебаний да конкретных участков радиочастотного спектра.

Проведен статистический анализ численности радиовещателы станции всего мира и их мощностей излучения в период с 1389 пс 1994 г.г. Показано, что число радиостанций и их мощности, за з зашшй период, значительно возросли.

Выполнены экспериментальные исследования ЭМО в диапазоне частот 0,1 - 1000 МГц и в конкретном месте приема, включавшие в себя: измерение напряженности поля индустриальных широкополс • них радиопомех; измерение напряжений помех в фазных проводах ЛЭП к в цепях питания РПУ; измерение уровней напряжений. радиопомех приему сигналов спутниково!! связи Космос-Земля; измерен: уровней напряжений сосредоточенных радиопомех на антенных ^¡содах ,РПУ; измерение напряженности электромагнитного поля в ашп ратном зале радиоприемного центра; измерение уровня напря;сеши

выхоци иринмных антенн при воздействии на них излучения ра-тере датчика ;-;ощпостью 1 кВт, при этом антенна передатчика нанялась )1 непосредственной близости /200 - 600 м/ от приемных ■ешь

Определены шзмолше уровни напряжений радиопомех на антен-I входе РПУ при возможном размещении радиопередатчика мощнос-) 15 - 25 1±>т на расстоянии 2 - 3 км от приемных антенн.

Показано, что в исследованном месте приема квазигармоничес-| рад.;опо?.'.ехп от посторонних радиопередатчиков являются энергически домпппрудцкми.

Теоретические н экспериментальные иЬследования ЭМО в широ-I диапазоне частот свидетельствуют о том,, что ЭМО с течением :!/.еш: усложняется, квазигармонические радиопомехи от посторон-: радиостанций являются энергетически доминирующими в комплек-радиопомех, а их мощности с течением времени все более воз->та»т.

2. Исследованы нелинейные эффекты в ГШ. Проведены экспери-ггалыше исследования взаимодействия сигнала и помех в пресе-г.то;..е приемника. Подаверадено, что динамический диапазон ГГП заначивается влиянием интермодуляцда 3-го порядка, необходимо ,1тывать эффект детектирования в ЭП, особенно при ■ больших. уров-)С помех на входе приемника. Определены требования к увеличе-о диналпческого диапазона по интермодуляции 3-го порядка ГТП ире.лелаого приемника. Обращзно внимание на то, что при попа-¡ши к^азлгар..о:шческой помехи с частотой биений в полосу про-гкаипя адшшту.цного детектора отношение сигнала к помехе на ходе прмешика существенно уменьшается. Предложена фор.гула

я определении напряжения помехи с частотой биений на выходе стотного детектора. ■

3. В качестве критерия оптимизации реального ГШ принят уффициент ошибок как наиболее универсальный. Для детектора

критерий оптимизации принят выигрыш в относительно!.: уъеличе-п отношения сигнала к помехе. Разработан алгоритм оптимизации

^'Ур ^ схемы приемника. Получен алгоритм регулировки уров-колебання помехи на входе приемника. Показано, что необходи-применять в приемнике устройства адаптации ГТП к изменяющей-ЭГ.Ю и • сгройства компенсации квазигармонических помех.

4. Разработан метод компенсации квазигармонических помех частотам!, леиалрьш в пределах полосы частот принимаемого А1Л гнала. На основании этого метода предложено устройство когте н-ц.ш кьазигарданичес'ких помех. Определен выигрыш, получаемый

при примшмшш этого устройства. Проведены экспериментальные исследования метода компенсации квазигармонических помех в приемнике. Исследования показали хорошее совпадение с теорией. Предложен метод, повышающий эффективность подавления помех и расширяющий границы использования устройства компенсации. На основании этого метода разработана структурная схема устройства компенсации квазигарг.кшических помех с большими уровнями колебаний.

Разработаны методы адаптивной защиты приемников от нелинейного поражения и условиях изменяющейся ЭМО по критериям: коэффициента 1а1то^;,;от(улшшп и ГТП и уровня колебания помехи на входе ГТП. Предложены: устройство подавления интермодуляционных помех, позволяющее повысить ДД ГТП по интермодуляции 3-го порядка; , устройство подавления радиопомех путем адаптивной режекции на входе приемника, позволяющее повысить ДЦ ГТП по уровню помехи. Для последнего устройства, содержащего в' себе микропроцессорный блок управления и контроля, разработан-алгоритм работы.

Проведен анализ влияния квазигармодччёской помехи, действующей на детектор АРУ по пилот-сигналу, на ^явление вторичной модуляции в радиоприемном тракте. Предлояен;метод погашения помехоустойчивости АРУ по пилот-сигналу. Дана количественнст^ оценка получаемого эффекта повышения помехоустойчивости.

По всем предлокенным устройс я- ам даны описания принщша работы, проводин анализ их функционирования, определен их предель ные возможности и недостатки.

Пре цло-кепнне устройства защищены патента1,:>: РФ

Перспективами дальнейшего развития диссертационной работы являются: разработка новых способов борьбы с помехами по крито-iiioo оптимизации приема сообщений, который наиболее полно учитывает состояние ЭМО в месте приема и характеристики помехоустойчивости приемника; автоматический анализ ЭМО и автоматический выбор устройств борьбы с помехами по критерию оптимизации приеме сообщений.

Материали диссертации изломаны в следующих публикациях.

1. Богачен С. В. Компенсационный метод подавления помех. 47-я НТК НГОРЗС и":.:. А. С. Попова. СПб, 1992. С. 68.

2. Богачов С. В. Оценка эффективности устройства компенсации гармонически« по::ох. 48-я НТК НТОРЭС им. А. С. Попова. СПб, 1993. С. G9.

3. Кп'ач^1. С. В. Автоматическое регулирование чувствительности '^адпоприемних ycTpoiiCTB. 49-я НТК НТОРЭС им. А. С. Попова. СПб, 1994. С. 21.

4. Богачеп С. В. Повышение помехоустойчивости АРУ по лнлотсигналу// Труды учебных заведений связи. Анализ и синтез снпналов'и систем связи. 1994. № 159. С. 130—133.

5. Б о г а ч е в С. В. Компенсационные методы повышения помехоустойчивости радиоприемников АМ сигналов. 47-я НТК СПбГУТ им. проф. Л\. А. Бонч-Бруевича. СПб, 1994. С. 22.

6. Б о г а ч е в С. В. Увеличение эффективности компенсационного метода подавления помех. 49-я НТК НТОРЭС им. А. С. Попова. СПб, 1994. С. 22.

7. Б о г а ч е в С. В. Оптимизация характеристик главного тракта приема радиоприемника АМ сигналов по критерию отношения сигнал/помеха. 47-я НТК СПбГУТ им. проф. М. А. Бонч-Бруевнча. СПб, 1994. С. 23.

8. Богачев С. В. Компенс ция гармонических помех в радиоприемном устройстве// Труды учебных заведений связи. Анализ и синтез сигналов и систем связи. 1994. № 159. С. 126—129.

9. Богачев С. В. Повышение помехоустойчивости радиоприемных устройств методом адаптивной режекции. 49-я НТК НТОРЭС им. А. С. Попова. СПб, 1994. С. 21—22.

ь). Патент 1788583 РФ. Устройство компенсации гармонических п .мех в радиоприемииках амплитудно-модулироваиных сигналов/С. В. Богачев, В. В. Палшков. БИ 1993 г. № 2.

11. Заявка № 4934202 от 26.04.91 г. Радиоприемлик амплитудно-модулироваиных сигналов с подавлением ннтермодуляцпонных помех/ С. В. Богачев, В. В. Палшков. Положительное решение о выдаче патента РФ от 29.07.94 г.

12. Богачев С. В., Палшков В. В. Адаптивные методы повышения помехоустойчивости радиоприема. 48-я НТК СПбГУТ им. пр.;ф. .М. А. Бонч-Бруевича. СПб, 1995. С. 32.

13. Заявка № 93033324 от 25.06.93 г. Радиоприемное устройство амплптудно-модулнрованных сигналов с компенсацией гармонических помех/ С. В. Богачев. Положительное решение о выдаче патента РФ от 30.10.95 г.

14. Заявка № 93052303 от 18.11.93 г. Радиоприемное устройство с адаптивным подавлением помех/С. В. Богачев. Положительное решение о выдаче патента РФ от 28.09.95 г.