RU2539573C1 - Method for adaptive and matched suppression of fluctuation noise and concentrated interference and apparatus therefor - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method for adaptive and matched suppression of fluctuation noise and concentrated interference in a rational combination of adaptive and matched filtering, which is possible owing to spatial diversity and control of beam patterns of antenna systems and also owing to that, after adaptive and matched interference compensation, the obtained signal is used for further analysis and removal of residual narrow-band interference from the spectrum thereof. The obtained frequency samples of the corrected spectrum of the digital signal from which fluctuation noise and narrow-band interference have been removed is converted to the time domain and used for analysis and selection of pulsed interference, after which current time samples belonging to the interval affected by pulsed interference are blanked.

EFFECT: high noise-immunity when receiving wide-band signals, including with considerable distortion of the shape and spectrum of the useful signal caused by various powerful interference.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области широкополосных систем радиосвязи и может быть использовано, в частности, для подавления (компенсации) флуктуационных шумов и сосредоточенных по спектру и времени помех.The present invention relates to the field of broadband radio communication systems and can be used, in particular, to suppress (compensate) fluctuation noise and concentrated on the spectrum and time interference.

В последнее время в системах связи и управления успешно применяются сложные дискретные широкополосные сигналы (ШПС) [Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов / Г.И. Тузов. - М.: «Сов. радио», 1977. - 400 с.]. Для таких сигналов и помех в виде белого гауссовского шума разработана теория оптимального корреляционного и согласованного радиоприема. Однако в зависимости от параметров линий связи при передаче ШПС наряду с помехой в виде белого гауссова шума часто наблюдаются мощные коррелированные узкополосные (сосредоточенные по спектру) и импульсные (сосредоточенные по времени) помехи с неравномерной спектральной плотностью мощности.Recently, complex discrete broadband signals (ShPS) have been successfully used in communication and control systems [G. Tuzov. Statistical theory of the reception of complex signals / G.I. Aces. - M .: “Owls. Radio ”, 1977. - 400 p.]. For such signals and interference in the form of white Gaussian noise, a theory of optimal correlation and consistent radio reception has been developed. However, depending on the parameters of the communication lines during the transmission of HSS, along with the interference in the form of white Gaussian noise, powerful correlated narrow-band (concentrated in the spectrum) and pulsed (time-concentrated) interference with an uneven power spectral density are often observed.

Очевидно, что помехи на входе приемника являются случайными процессами, и априорная информация об их параметрах, как правило, отсутствует. Наличие в каналах связи сосредоточенных по спектру и времени помех большой мощности приводит к существенному снижению помехозащищенности системы связи, понижению эффективности обнаружения полезного сигнала и ухудшению качества обработки информационных сообщений [Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др.; Под. ред. Г.И. Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с., С.207-219; Теплов Н.Л. Анализ оптимальных схем приема дискретных сигналов на фоне сосредоточенных (по спектру или во времени) помех / Н.Л. Теплов // Электросвязь. - 1968. - вып.12. - С.1-10.]. В связи с этим для эффективного обнаружения и обработки ШПС в сложной помеховой обстановке важной задачей является разработка оптимальных и квазиоптимальных способов (алгоритмов) и устройств подавления мощных флуктуационных шумов и сосредоточенных помех [Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами / Л.Е. Варакин. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.]. Решению данной задачи посвящено достаточно большое число публикаций [Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости / В.А. Котельников. - М.: «Госэнергоиздат», 1956; Теплов Н.Л. Анализ оптимальных схем приема дискретных сигналов на фоне сосредоточенных (по спектру или во времени) помех / Н.Л. Теплов // Электросвязь. - 1968. - вып.12. - С.1-10; Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др.; Под. ред. Г.И. Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с., С.207-219; Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами / Л.Е. Варакин. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с., С.184-210.] и др. К наиболее популярным можно отнести компенсационный способ, способ оптимального выравнивания и способ режекции пораженных участков спектра или исключения пораженных временных интервалов сигнала [Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др.; Под. ред. Г.И. Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с., С.213-214; Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами / Л.Е. Варакин. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с., С.184-210.].Obviously, the noise at the input of the receiver is random processes, and a priori information about their parameters is usually absent. The presence of high power interference concentrated in the spectrum and time in the communication channels leads to a significant reduction in the noise immunity of the communication system, lower detection efficiency of the useful signal, and poor quality of processing information messages [Interference immunity of radio systems with complex signals / G.I. Aces, V.A. Sivov, V.I. Prytkov and others; Under. ed. G.I. Tuzova. - M .: Radio and communications, 1985. - 264 p., S.207-219; Teplov N.L. Analysis of optimal schemes for receiving discrete signals against a background of concentrated (spectrum or time) interference / N.L. Teplov // Telecommunication. - 1968. - issue 12. - S.1-10.]. In this regard, for the effective detection and processing of SHNS in a complex interference environment, an important task is the development of optimal and quasi-optimal methods (algorithms) and devices for suppressing powerful fluctuation noises and concentrated noise [L. Varakin. Communication systems with noise-like signals / L.E. Varakin. - M .: Radio and communications, 1985. - 384 p.]. A rather large number of publications is devoted to the solution of this problem [V. Kotelnikov. Theory of potential noise immunity / V.A. Kotelnikov. - M .: Gosenergoizdat, 1956; Teplov N.L. Analysis of optimal schemes for receiving discrete signals against a background of concentrated (spectrum or time) interference / N.L. Teplov // Telecommunication. - 1968. - issue 12. - C.1-10; Interference immunity of radio systems with complex signals / G.I. Aces, V.A. Sivov, V.I. Prytkov and others; Under. ed. G.I. Tuzova. - M .: Radio and communications, 1985. - 264 p., S.207-219; Varakin L.E. Communication systems with noise-like signals / L.E. Varakin. - M .: Radio and communications, 1985. - 384 p., S.184-210.] And others. The most popular include the compensation method, the method of optimal alignment and the method of notching the affected parts of the spectrum or excluding the affected time intervals of the signal [Noise immunity radio systems with complex signals / G.I. Aces, V.A. Sivov, V.I. Prytkov and others; Under. ed. G.I. Tuzova. - M .: Radio and communications, 1985. - 264 p., S.213-214; Varakin L.E. Communication systems with noise-like signals / L.E. Varakin. - M .: Radio and communications, 1985. - 384 p., S.184-210.].

Известные методы компенсации импульсных помех основаны на широкополосности спектра помехи. С учетом этого факта формируют дополнительный компенсационный тракт, расстроенный относительно частоты сигнала в основном тракте. В компенсационном тракте помеху преобразуют таким образом, чтобы она совпадала с помехой в основном тракте. Это позволяет произвести ее компенсацию. Однако в действительности трудно добиться качественной компенсации помехи, так как для этого необходима высокая стабильность амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик обоих трактов. Другой недостаток схемы заключается в том, что наличие компенсационного тракта приводит к ухудшению помехоустойчивости системы связи относительно флуктуационных и сосредоточенных по спектру помех. Таким образом, требования к схеме приемника для одновременной защиты от импульсных и узкополосных помех оказываются взаимно противоречивыми.Known methods for compensating for impulse noise are based on the broadband spectrum of the interference. In view of this fact, an additional compensation path is formed, which is upset with respect to the signal frequency in the main path. In the compensation path, the interference is transformed so that it coincides with the interference in the main path. This allows for compensation. However, in reality it is difficult to achieve high-quality interference compensation, since this requires high stability of the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of both paths. Another drawback of the circuit is that the presence of a compensation path leads to a deterioration in the noise immunity of the communication system with respect to fluctuation and concentrated on the spectrum of interference. Thus, the requirements for the receiver circuitry for simultaneous protection against pulsed and narrowband interference are mutually contradictory.

Менее чувствительными к сосредоточенным по спектру помехам являются методы защиты от импульсных помех, основанные на запирании приемника на время действия импульсной помехи. Такая схема работает в линейном режиме, пока нет импульсных помех. При возникновении импульса снижается усиление приемника практически до нуля, и осуществляется полное запирание. Чтобы время запирания приемника было достаточно малым и не занимало значительную часть элемента полезного сигнала, рекомендуют процедуру временной селекции выполнять в широкополосной части тракта, где длительность импульсов помехи существенно меньше длительности элемента полезного сигнала.Less sensitive to interference concentrated in the spectrum are impulse noise protection methods based on locking the receiver for the duration of the impulse noise. Such a circuit operates in linear mode until there is no pulsed interference. When a pulse occurs, the gain of the receiver decreases to almost zero, and is completely locked. In order for the receiver locking time to be sufficiently small and not to occupy a significant part of the useful signal element, it is recommended that the temporal selection procedure be performed in the broadband part of the path, where the duration of the interference pulses is significantly less than the duration of the useful signal element.

Более общими средствами защиты от сосредоточенных по спектру и времени помех являются комбинированные методы, которые используются совместно как во временной, так и в частотной области [Беджамин. Последние достижения в технике генерирования и обработки радиолокационных сигналов / Беджамин // Зарубежная радиоэлектроника. - 1965. - вып.7. - С.43-47. Раздел нелинейная техника подавления помех.].The more common means of protection against interference concentrated over the spectrum and time are combined methods that are used jointly in both the time and frequency domain [Bejamin. Recent advances in the technique of generating and processing radar signals / Bejamin // Foreign Radio Electronics. - 1965. - issue 7. - S. 43-47. Section nonlinear interference suppression technique.].

Для подавления импульсных помех с сохранением удовлетворительной избирательности относительно узкополосных помех часто применяют способ, получивший название ШОУ (широкая полоса - ограничитель - узкая полоса), который был предложен А.Н. Щукиным в 1946 г. [Щукин А.Н. Об одном методе борьбы с импульсными помехами / А.Н. Щукин // Изв. АН СССР. Серия Физическая. 1946. - Т.10, №1. - С.49-56; Бураченко Д.Л., Заварин Г.Д., Клюев Н.И. и др. Общая теория связи. - Л.: ВАС, 1970. - 411 с., С.397.].To suppress impulse noise while maintaining satisfactory selectivity with respect to narrow-band interference, the method often called the SHOW (wide band - limiter - narrow band), which was proposed by A.N. Schukin in 1946 [A. Schukin About one method of combating impulse noise / A.N. Schukin // Izv. USSR Academy of Sciences. Series Physical. 1946. - T. 10, No. 1. - S. 49-56; Burachenko D.L., Zavarin G.D., Klyuev N.I. and others. General communication theory. - L .: YOU, 1970. - 411 p., S.397.].

Его сущность заключается в том, что для подавления импульсной помехи используется амплитудный ограничитель, который включается между двумя фильтрами. Первый из этих фильтров является широкополосным, а второй - узкополосным.Its essence lies in the fact that to suppress impulse noise, an amplitude limiter is used, which is switched on between two filters. The first of these filters is broadband and the second is narrowband.

Недостатками схемы ШОУ является то, что мощная помеха, прошедшая через широкополосный фильтр, может при прохождении через ограничитель «подавить» полезный сигнал, т.е. сильно уменьшить его мощность. Несмотря на то, что последующий узкополосный фильтр и «отсеет» эту помеху, мощность полезного сигнала может оказаться недостаточной для нормальной работы решающей схемы. С другой стороны наблюдается резкая зависимость эффективности подавления импульсных помех и помехоустойчивости приема сообщений в условиях, когда пиковые значения полезного сигнала и импульсных помех отличаются незначительно. В этом случае ограничение не приводит к существенному уменьшению энергии помехи относительно энергии полезного сигнала, а следовательно, слабо влияет на повышение помехоустойчивости приема сообщений.The disadvantages of the SHOW scheme are that the powerful interference passing through the broadband filter can “suppress” the useful signal when passing through the limiter, i.e. greatly reduce its power. Despite the fact that the subsequent narrow-band filter "eliminates" this interference, the power of the useful signal may not be sufficient for the normal operation of the decision circuit. On the other hand, there is a sharp dependence of the efficiency of suppression of impulse noise and noise immunity of receiving messages under conditions when the peak values of the useful signal and impulse noise differ slightly. In this case, the restriction does not lead to a significant decrease in the interference energy relative to the energy of the useful signal, and therefore, weakly affects the increase in noise immunity of message reception.

Известно многоканальное устройство защиты от узкополосных помех [Бокк О.Ф. Оптимальные характеристики фильтров БЗ от сосредоточенных по спектру помех / О.Ф. Бокк // Техника средств связи, серия ТРС. 1987. - вып.4. - С.81.], в котором борьба с узкополосными помехами ведется методом исключения (режекции) каналов, пораженных помехами.Known multi-channel device for protection against narrow-band interference [Bokk O.F. Optimal characteristics of BZ filters from interference concentrated in the spectrum / O.F. Bokk // Communication Technology, TRS Series. 1987. - issue 4. - S.81.], In which the fight against narrow-band interference is carried out by the method of exclusion (notching) of channels affected by interference.

Недостатком этого устройства является аппаратурная сложность, возрастающая с увеличением базы широкополосного сигнала, а также невозможность его включения на входе приемника, обусловленная необходимостью использования в нем фильтров высокого порядка в тракте прохождения сигнала.The disadvantage of this device is the hardware complexity, increasing with increasing base of the broadband signal, as well as the impossibility of its inclusion at the input of the receiver, due to the need to use high-order filters in it in the signal path.

В серии заявок и авторских свидетельств: Заявка №94036372/09 от 21.09.1994 (дата публикации заявки: 20.08.1996); А.С. СССР №438126, №1095419, №734681; Заявка №5059942/09 (033523) от 10.07.92 (дата публикации заявки: 28.01.1994); Заявка №94039030/09 от 12.10.1994 (дата публикации заявки: 10.09.1996); Заявка №94027959/09 от 25.07.1994 (дата публикации заявки: 27.05.1996); Заявка №94039444/09 от 03.10.1994 (дата публикации заявки: 10.09.1996); Заявка №2001112720/09 от 08.05.2001 (дата публикации заявки: 10.07.2003) основной акцент сосредоточен на вопросе подавления сосредоточенных по спектру помех и предложены устройства подавления таких помех для приемников широкополосных сигналов.In a series of applications and copyright certificates: Application No. 94036372/09 of 09.21.1994 (publication date of the application: 08.20.1996); A.S. USSR No. 438126, No. 1095419, No. 734681; Application No. 5059942/09 (033523) dated 10.07.92 (date of publication of the application: 01/28/1994); Application No. 94039030/09 dated October 12, 1994 (application publication date: September 10, 1996); Application No. 94027959/09 of July 25, 1994 (application publication date: May 27, 1996); Application No. 94039444/09 dated 03.10.1994 (date of publication of the application: 09/10/1996); Application No. 20011112720/09 dated 05/08/2001 (date of publication of the application: July 10, 2003) focuses on the suppression of spectrum-centered interference and devices for suppressing such interference for broadband signal receivers are proposed.

Недостатком известных решений является низкая помехоустойчивость к узкополосным помехам и малая степень подавления импульсных помех. Дополнительные трудности вызывает сложность, обусловленная наличием гребенки узкополосных коммутируемых фильтров, и дополнительные электрические потери, вызванные неидентичностью и нестабильностью во времени амплитудных и фазочастотных характеристик отдельных фильтров.A disadvantage of the known solutions is low noise immunity to narrowband interference and a low degree of suppression of impulse noise. Additional difficulties are caused by the complexity due to the presence of a comb of narrow-band switched filters, and additional electrical losses caused by the non-identity and time instability of the amplitude and phase-frequency characteristics of individual filters.

Часто данную задачу решают с использованием квазиоптимальных выравнивателей [Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов / Г.И. Тузов. - М., «Сов. радио», 1977. - 400 с.], известных как блок защиты (БЗ), который может быть реализован в виде N параллельных каналов с одинаковыми полосами.Often this problem is solved using quasi-optimal equalizers [G. Tuzov. Statistical theory of the reception of complex signals / G.I. Aces. - M., “Owls. radio ", 1977. - 400 p.], known as a protection unit (BZ), which can be implemented in the form of N parallel channels with the same bands.

Использование БЗ дает возможность построения структуры оптимального приемника при наличии аддитивных помех с неравномерной спектральной плотностью мощности. Это достигается в результате приведения помехи с неравномерной спектральной плотностью мощности к помехе с равномерным спектром [Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости / В.А. Котельников. - М.: «Госэнергоиздат», 1956.]. При таком преобразовании помехи обеспечивается возможность оптимальной фильтрация полезного сигнала и преобразованной помехи с равномерным спектром согласованным фильтром. В этом случае на выходе согласованного фильтра имеет место максимальное превышение сигнала над помехой [Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов / Г.И. Тузов. - М.: «Сов. радио», 1977. - 400 с., С.124.].Using the knowledge base makes it possible to construct the structure of an optimal receiver in the presence of additive interference with an uneven spectral power density. This is achieved by reducing interference with an uneven spectral power density to interference with a uniform spectrum [V. Kotelnikov Theory of potential noise immunity / V.A. Kotelnikov. - M .: "Gosenergoizdat", 1956.]. With such a noise conversion, it is possible to optimally filter the wanted signal and the converted noise with a uniform spectrum matched filter. In this case, at the output of the matched filter, there is a maximum excess of the signal over the interference [G. Tuzov Statistical theory of the reception of complex signals / G.I. Aces. - M .: “Owls. Radio ”, 1977. - 400 p., S.124.].

Недостатком такого способа является трудность реализации, заключающаяся прежде всего в том, что оценка спектра сигнала должна выполняться на интервале времени его существования. Подавление помехи будет не эффективно, например, в случае, когда в системах связи осуществляют прием непрерывно поступающих сигналов на фоне постоянно действующих помех в течение достаточно продолжительного времени.The disadvantage of this method is the difficulty of implementation, which consists primarily in the fact that the evaluation of the spectrum of the signal must be performed on the interval of its existence. Interference suppression will not be effective, for example, in the case when, in communication systems, they continuously receive signals against a background of constantly acting interference for a sufficiently long time.

Известен способ подавления импульсных помех в системе координат время-частота, описанный в заявке №2006116248/09 от 11.05.2006, который позволяет повысить помехоустойчивость приема сообщений в условиях воздействия импульсных помех. Данный способ заключается в том, что осуществляется ограничение уровня помехи до устанавливаемого значения, которое совпадает с уровнем сигнала перед фильтрами, осуществляющими частотную избирательность. Такой выбор исключает появление неустранимых комбинационных помех. Технический результат достигается тем, что способ борьбы с импульсными помехами предусматривает дополнительную многоканальную обработку анализируемого отрезка сигнала блоком фильтрующих функций с последующим вычислением спектра сигнала и расчетом мгновенной частоты и энтропии. Решение принимается на основе представления полученных двухпараметрических оценок (частота-энтропия) в полярной системе координат с последующим преобразованием и восстановлением сигнала. Такой подход позволяет исключить участки, подверженные воздействию импульсных помех, и провести усреднение по оставшимся участкам.A known method of suppressing impulse noise in the time-frequency coordinate system described in the application No. 2006116248/09 of 05/11/2006, which allows to increase the noise immunity of receiving messages under the influence of impulse noise. This method consists in the fact that the interference level is limited to a set value, which coincides with the signal level in front of filters that implement frequency selectivity. This choice eliminates the occurrence of fatal Raman interference. The technical result is achieved by the fact that the method of controlling impulse noise provides for additional multi-channel processing of the analyzed signal segment by a block of filtering functions, followed by calculation of the signal spectrum and calculation of the instantaneous frequency and entropy. The decision is made on the basis of the presentation of the obtained two-parameter estimates (frequency-entropy) in the polar coordinate system with subsequent transformation and restoration of the signal. This approach allows us to exclude areas exposed to pulsed noise, and averaging over the remaining areas.

Недостатками данного способа являются невозможность работы в условиях, когда мощность помехи существенно превышает мощность сигнала, и низкая помехоустойчивость при приеме непрерывно поступающих сигналов на фоне помех.The disadvantages of this method are the inability to work in conditions where the interference power significantly exceeds the signal power, and low noise immunity when receiving continuously incoming signals against a background of interference.

Известен способ борьбы с импульсной помехой, основанный на бланкировании, то есть запирании канала обработки сигнала на время действия импульсной помехи, описанный в [Квасников С.И., Комаров В.Н. и др. Борьба с импульсными помехами в декаметровой радиосвязи // Электросвязь. - 1989. - №7, С.38.], использующий кратковременность действия импульсной помехи относительно длительности анализируемого отрезка сигнала. Этот способ заключается в том, что определение начала и конца действия импульсной помехи позволяет осуществить запирание выхода устройства обработки сигнала на интервал прохождения импульсной помехи, что исключает ее воздействие на тракт радиоприема. Недостатком данного способа является как искажение полезного сигнала, неизбежное при бланкировании, так и снижение помехоустойчивости приема сообщений при уровнях импульсной помехи, сравнимых с уровнем сигнала, так как в этих условиях затруднительно определение длительности временного интервала воздействия импульсной помехи.A known method of dealing with impulse noise, based on blanking, that is, locking the signal processing channel for the duration of the impulse noise, described in [Kvasnikov SI, Komarov V.N. et al. Fighting impulse noise in decameter radio communication // Telecommunication. - 1989. - No. 7, P.38.], Using the short duration of the action of impulse noise relative to the duration of the analyzed signal segment. This method consists in the fact that the determination of the beginning and end of the pulse interference allows locking the output of the signal processing device to the interval of passage of the pulse interference, which excludes its effect on the radio path. The disadvantage of this method is both the distortion of the useful signal that is inevitable during blanking, and the decrease in the noise immunity of receiving messages at impulse noise levels comparable to the signal level, since under these conditions it is difficult to determine the duration of the time interval for the effect of impulse noise.

Известен способ компенсации внутриканальных аддитивных радиопомех в приемниках амплитудно-модулированных, частотно и фазоманипулированных радиосигналов и устройство для его осуществления, предложенные в патенте RU 2100903 C1, МКИ H04B 1/10, опубл. 27.12.1997. Заявленный способ заключается в том, что для выделения компенсирующего сигнала помехи производят формирование отсчетов принимаемой аддитивной смеси полезного сигнала и сигнала помехи в моменты нулевых значений полезного сигнала.A known method of compensating for in-channel additive radio interference in receivers of amplitude-modulated, frequency and phase-shifted radio signals and a device for its implementation, proposed in patent RU 2100903 C1, MKI H04B 1/10, publ. 12/27/1997. The claimed method consists in the fact that to extract the compensating interference signal, samples of the received additive mixture of the useful signal and the interference signal are generated at the times of zero values of the useful signal.

Недостатком этого способа является необходимость использования процедуры фазовой синхронизации. Это сильно усложняет решение рассматриваемой задачи. С другой стороны, в условиях дрейфа фазы сигнала, который во многих случаях неизбежен, алгоритмы синхронизации не обеспечивают качественную оценку фазы сигнала, что приводит к неработоспособности данного способа в целом.The disadvantage of this method is the need to use the phase synchronization procedure. This greatly complicates the solution of the problem under consideration. On the other hand, under the conditions of a phase drift of the signal, which in many cases is inevitable, synchronization algorithms do not provide a qualitative estimate of the phase of the signal, which leads to the inoperability of this method as a whole.

Известен способ адаптивного подавления помех, описанный в патенте RU 2456743 «СПОСОБ АДАПТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ», МКИ H04B 1/10 от 21.02.2011, опубл. 07.2012, Бюл. №20.A known method of adaptive interference suppression described in patent RU 2456743 "METHOD OF ADAPTIVE SUPPRESSION OF INTERFERENCE", MKI H04B 1/10 from 02/21/2011, publ. 07.2012, Bull. No. 20.

Данное изобретение решает задачу повышения помехоустойчивости при приеме цифровой и аналоговой информации, передаваемой с использованием различных видов модуляции, в том числе при приеме непрерывно поступающих сигналов на фоне меняющихся во времени помех с неизвестным спектром и в условиях, когда мощность помехи существенно превышает мощность сигнала.This invention solves the problem of improving noise immunity when receiving digital and analog information transmitted using various types of modulation, including the reception of continuously incoming signals against a background of time-varying interference with an unknown spectrum and in conditions where the interference power significantly exceeds the signal power.

Существенным недостатком данного способа является зависимость качества подавления помех от полноты (корректности) априорной информации об условиях приема и невозможность адаптивной перестройки процедуры обработки.A significant disadvantage of this method is the dependence of the noise suppression quality on the completeness (correctness) of a priori information about the reception conditions and the impossibility of adaptive adjustment of the processing procedure.

Наряду с частотной и временной селекцией существует эффективный способ адаптивного подавления помех с использованием многоканальной обработки при наличии определенной корреляционной связи между отдельными принятыми компонентами. Эта частная задача относится к классу адаптивных способов подавления помех и подробно изложена в книге [Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уидроу, С. Стирнз: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с]. Достаточными условиями для решения данной задачи является наличие требуемой корреляционной связи между составляющими полезного сигнала и помех и наличие входного «эталонного» сигнала.Along with frequency and time selection, there is an effective way of adaptive interference suppression using multichannel processing in the presence of a certain correlation between the individual received components. This particular problem belongs to the class of adaptive interference suppression methods and is described in detail in the book [B. Widrow, S. Stirnz. Adaptive Signal Processing / B. Widrow, S. Stirnz: Trans. from English - M .: Radio and communications, 1989. - 440 s]. Sufficient conditions for solving this problem are the presence of the required correlation between the components of the useful signal and interference and the presence of an input "reference" signal.

Следует отметить, что необходимые условия выбора «эталонного» сигнала для организации процедуры адаптивного подавления помех непосредственно обеспечиваются в широкополосных системах связи, так как входное отношение сигнал-помеха в них, как правило, намного меньше единицы. В этом случае в качестве «эталонного» сигнала можно использовать входной широкополосный сигнал.It should be noted that the necessary conditions for choosing a “reference” signal for organizing the adaptive interference cancellation procedure are directly provided in broadband communication systems, since the input signal-to-noise ratio in them is usually much less than unity. In this case, an input broadband signal can be used as a “reference” signal.

Многоканальность процедуры адаптивной фильтрации для подавления помех легко реализуется при использовании принципа пространственного разнесения (селекции). В этом случае прием широкополосного сигнала осуществляют на несколько (минимум две) антенн и в качестве «эталонного» используют ШПС, принятый на любую из соседних или вспомогательных антенн. Так как характеристики каналов передачи для используемых сигналов, как правило, неизвестны и нестационарны, то для минимизации сигнала ошибки используют адаптивную фильтрацию [Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уидроу, С. Стирнз: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с., С.276.].The multi-channel adaptive filtering procedure for suppressing interference is easily implemented using the principle of spatial diversity (selection). In this case, the reception of a broadband signal is carried out on several (at least two) antennas, and as a “reference” they use a BSS received on any of the neighboring or auxiliary antennas. Since the characteristics of the transmission channels for the signals used are, as a rule, unknown and non-stationary, adaptive filtering is used to minimize the error signal [B. Widrow, S. Stirnz. Adaptive signal processing / B. Widrow, S. Stirnz: Trans. from English - M .: Radio and communications, 1989. - 440 p., S.276.].

Основные недостатки процедуры адаптивной фильтрации заключаются в сложности обеспечения заданных точностных и динамических характеристик алгоритмов формирования управляющего сигнала ошибки. Наличие компенсационного тракта для реализации данной процедуры является дополнительным недостатком, так как при уровнях помех, сравнимых с уровнем сигнала, ее параметры в основном и дополнительном тракте различны, что приводит к снижению помехоустойчивости приема сообщений.The main disadvantages of the adaptive filtering procedure are the difficulty in providing the specified accuracy and dynamic characteristics of the algorithms for generating the error control signal. The presence of a compensation path for the implementation of this procedure is an additional drawback, since at interference levels comparable to the signal level, its parameters in the main and secondary path are different, which leads to a decrease in noise immunity of receiving messages.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому способу адаптивного и согласованного подавления флуктуационных шумов и сосредоточенных помех и устройству для его реализации являются способ и устройство, описанные в [Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уидроу, С. Стирнз: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с., С.18, 276-299.], принятые за прототипы способа и устройства.The closest in technical essence to the proposed method of adaptive and consistent suppression of fluctuation noise and concentrated interference and a device for its implementation are the method and device described in [Widrow B., Stirnz S. Adaptive signal processing / B. Widrow, S. Stirnz: Per . from English - M .: Radio and communications, 1989. - 440 p., S.18, 276-299.], Adopted as prototypes of the method and device.

Способ-прототип выполняет адаптивное подавление (фильтрацию) помех, которые, как правило, являются нестационарными случайными процессами, и инвариантен к виду законов распределения этих помех.The prototype method performs adaptive suppression (filtering) of interference, which, as a rule, are non-stationary random processes, and is invariant to the form of the laws of distribution of these interference.

Использование адаптивной фильтрации позволяет обеспечить повышение помехоустойчивости в системах приема информации независимо от объема априорных сведений о свойствах сигнала и помехи.The use of adaptive filtering makes it possible to increase the noise immunity in information reception systems irrespective of the amount of a priori information about the signal and interference properties.

Способ-прототип многоэтапной итерационной адаптивной процедуры компенсации помех заключается в том, что на каждом этапе:The prototype method of a multi-stage iterative adaptive interference compensation procedure is that at each stage:

- осуществляют цифровую фильтрацию последовательности текущих временных отсчетов цифрового входного сигнала;- digitally filter the sequence of current time samples of the digital input signal;

- формируют последовательность текущих временных отсчетов сигнала ошибки отфильтрованного цифрового входного сигнала относительно цифрового «эталонного» сигнала путем поэлементного вычитания;- form a sequence of current time samples of the error signal of the filtered digital input signal relative to the digital "reference" signal by elementwise subtraction;

- формируют временную последовательность текущих мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки путем возведения в квадрат дискретного временного сигнала ошибки отфильтрованного цифрового входного сигнала;- form a time sequence of the current instantaneous values of the quadratic error signal by squaring the discrete time error signal of the filtered digital input signal;

- формируют многомерную квадратичную рабочую функцию среднеквадратической ошибки (СКО) - временную последовательность мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки путем определения математического ожидания последовательности мгновенных текущих значений квадратичного сигнала ошибки;- form a multidimensional quadratic working function of the mean square error (RMS) - the time sequence of instantaneous values of the quadratic error signal by determining the mathematical expectation of the sequence of instantaneous current values of the quadratic error signal;

- выполняя процедуру поиска экстремума функции, находят текущий вектор оптимальных весовых коэффициентов цифрового фильтра, обеспечивающих минимум рабочей функции СКО;- performing the procedure of searching for the extremum of a function, they find the current vector of optimal weighting coefficients of the digital filter that provide a minimum of the working function of the standard deviation;

- используя найденный текущий вектор оптимальных весовых коэффициентов, осуществляют следующий этап адаптивной компенсации помех, для этого повторяют последовательность операций всех предыдущих пунктов итерационной процедуры.- using the found current vector of optimal weighting coefficients, carry out the next stage of adaptive interference compensation, for this repeat the sequence of operations of all the previous paragraphs of the iterative procedure.

Согласно описанию способ-прототип адаптивной компенсации помех соответствует следующей формальной математической модели [Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уидроу, С. Стирнз: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с., С. 25-28.].According to the description, the prototype method of adaptive interference compensation corresponds to the following formal mathematical model [B. Widrow, S. Stirnz. Adaptive signal processing / B. Widrow, S. Stirnz: Trans. from English - M.: Radio and Communications, 1989. - 440 p., S. 25-28.].

Пусть x_k - последовательность (вектор) временных отсчетов входного сигнала, d_k - последовательность (вектор) временных отсчетов «эталонного» сигнала. Тогда для L - мерного цифрового фильтра, на вход которого поступают отсчеты входного сигнала, выходной сигнал имеет вид $$y_k={\displaystyle \sum _{l=0}^L{w}_{lk}{x}_{k-1}}$$

, где k - временной индекс, w_lk - l-я компонента весового коэффициента. При этом вектор весовых коэффициентов имеет вид $$W_k={\left[w_{0k}{w}_{1k}\dots w_{Lk}\right]}^T$$

, и выходной сигнал y_k можно представить в компактной матричной форме $$y_k=X_k^T{W}_k=W_k^T{X}_k$$

, здесь (*)^T - операция транспонирования.Let x _k be the sequence (vector) of time samples of the input signal, d _k be the sequence (vector) of time samples of the “reference” signal. Then, for an L - dimensional digital filter, the input of which receives samples of the input signal, the output signal has the form $$y_k={\displaystyle \sum _{l=0}^L{w}_{lk}{x}_{k-\mathrm{one}}}$$

where k is the time index, w _lk is the l-th component of the weight coefficient. Moreover, the vector of weight coefficients has the form $$W_k={\left[w_{0k}{w}_{\mathrm{one}k}...w_{Lk}\right]}^T$$

, and the output signal y _k can be represented in a compact matrix form $$y_k=X_k^T{W}_k=W_k^T{X}_k$$

, here (*) ^T is the transpose operation.

Сигнал ошибки с временным индексом k равен ε_k=d_k-y_k=d_k- $$X_k^T{W}_k=d_k-W_k^T{X}_k$$

. Мгновенное квадратичное значение сигнала ошибки $${\epsilon }_{\text{k}}^2{\text{=d}}_{\text{k}}^2+{\text{W}}^{\text{T}}{\text{X}}_{\text{k}}{X}_k^{T}W-2d_k{W}_k^{T}W$$

. Рабочая функция СКО для ε_k, d_k и X_k, стационарных в статистическом смысле, имеет вид $$E\left[{\epsilon }_k^2\right]=E\left[d_k^2\right]+W^{T}E\left[X_k{X}_k^T\right]W-2E\left[d_k{X}_k^T\right]W$$

, где E[*] - операция определения математического ожидания. В общем случае сигналы x_k и d_k не являются независимыми. Поэтому рабочую функцию СКО удобнее представить в виде $$E\left[{\epsilon }_k^2\right]=E\left[d_k^2\right]+W^{T}RW-2P^{T}W$$

, где $$R=E\left[X_k{X}_k^T\right]$$

- корреляционная матрица входного сигнала, $$P=E\left[d_k{X}_k^T\right]$$

- вектор столбец взаимокорреляционных функций «эталонного» сигнала и входного сигнала.The error signal with time index k is ε _k = d _k -y _k = d _k - $$X_k^T{W}_k=d_k-W_k^T{X}_k$$

. Instant squared error value $${\epsilon }_{\text{k}}^2{\text{= d}}_{\text{k}}^2+{\text{W}}^{\text{T}}{\text{X}}_{\text{k}}{X}_k^{T}W-2d_k{W}_k^{T}W$$

. The RMSD working function for ε _k , d _k and X _k stationary in the statistical sense has the form $$E\left[{\epsilon }_k^2\right]=E\left[d_k^2\right]+W^{T}E\left[X_k{X}_k^T\right]W-2E\left[d_k{X}_k^T\right]W$$

where E [*] is the operation of determining the mathematical expectation. In the general case, the signals x _k and d _k are not independent. Therefore, it is more convenient to present the RMS working function in the form $$E\left[{\epsilon }_k^2\right]=E\left[d_k^2\right]+W^{T}RW-2P^{T}W$$

where $$R=E\left[X_k{X}_k^T\right]$$

- correlation matrix of the input signal, $$P=E\left[d_k{X}_k^T\right]$$

- vector column of the correlation functions of the "reference" signal and the input signal.

Во многих полезных для практики способах адаптации поиск минимума решающей функции осуществляют градиентными методами [Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование / Д. Химмельблау: Пер. с англ. - М.: МИР, 1975. - 536 с.; Горелик В.А., Ушаков И.А. Исследование операций / В.А. Горелик, И.А. Ушаков: М.: Машиностроение, 1986. - 286 с.; Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 636 с.]. В этом случае оптимальный вектор весовых коэффициентов, обеспечивающий минимум решающей (рабочей) функции, равен W^*=R^-1P, здесь (*)^-1 - операция вычисления обратной матрицы.In many practical methods of adaptation, the search for the minimum of the decisive function is carried out by gradient methods [D. Himmelblau D. Applied nonlinear programming / D. Himmelblau: Trans. from English - M .: MIR, 1975 .-- 536 p .; Gorelik V.A., Ushakov I.A. Operations Research / V.A. Gorelik, I.A. Ushakov: M .: Mechanical Engineering, 1986. - 286 p .; Bakhvalov N.S., Zhidkov N.P., Kobelkov G.M. Numerical methods / N.S. Bakhvalov, N.P. Zhidkov, G.M. Kobelkov: BINOM. Laboratory of knowledge, 2007. - 636 p.]. In this case, the optimal vector of weighting coefficients, providing a minimum of the decisive (working) function, is W ^* = R ^-1 P, here (*) ^-1 is the operation of calculating the inverse matrix.

Общая структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:The general structural diagram of the prototype device is presented in figure 1, where it is indicated:

6.1 - узел обработки;6.1 - processing unit;

6.2 - вычитатель;6.2 - subtractor;

6.3 - узел адаптивного алгоритма.6.3 - adaptive algorithm node.

Устройство-прототип адаптивной компенсации помех включает последовательно соединенные узел обработки 6.1, вычитатель 6.2 и узел адаптивного алгоритма 6.3, выход которого соединен со вторым входом узла обработки 6.1. Первый вход узла обработки 6.1 является первым входом устройства-прототипа входного сигнала, второй вход вычитателя 6.2 является вторым входом «эталонного» сигнала устройства.The prototype device of adaptive interference compensation includes a processing unit 6.1 connected in series, a subtracter 6.2 and an adaptive algorithm node 6.3, the output of which is connected to the second input of the processing unit 6.1. The first input of the processing unit 6.1 is the first input of the prototype input signal device, the second input of the subtractor 6.2 is the second input of the "reference" signal of the device.

Работает устройство-прототип следующим образом.The prototype device works as follows.

На первый вход узла обработки 6.1 поступает последовательность (вектор) временных отсчетов входного сигнала x_k, а на второй вход вычитателя 6.2 в качестве «требуемого отклика» поступает последовательность (вектор) временных отсчетов «эталонного» сигнала d_k. В данном случае это копия помеховой составляющей, которую оценивают в узле обработки 6.1. Полученная оценка помеховой составляющей у_к с выхода узла обработки 6.1 поступает на первый вход вычитателя 6.2. В результате поэлементного вычитания из последовательности (вектора) временных отсчетов «эталонного» сигнала d_k последовательности временных отсчетов оценки помеховой составляющей y_k на выходе вычитателя 6.2 формируют последовательность (вектор) временных отсчетов сигнала ошибки ε_k, используя который в узле адаптивного алгоритма 6.3 формируют рабочую функцию. Далее в результате поиска по сигналу ошибки минимума рабочей функции формируют сигнал управления, который, поступая в узел обработки 6.1, обеспечивает адаптивное изменение характеристик отклика в соответствии с выбранным критерием.At the first input of the processing unit 6.1, a sequence (vector) of time samples of the input signal x _{k is} received, and at the second input of the subtractor 6.2, a sequence (vector) of time samples of the “reference” signal d _{k is} received as the “required response”. In this case, this is a copy of the interference component, which is evaluated in the processing node 6.1. The resulting estimate of the interference component y _to from the output of the processing node 6.1 is fed to the first input of the subtractor 6.2. As a result of the element-wise subtraction from the sequence (vector) of time samples of the “reference” signal d _{k, the} sequence of time samples of the estimation of the interference component y _k at the output of the subtracter 6.2 forms the sequence (vector) of time samples of the error signal ε _k , using which the working algorithm is generated in the adaptive algorithm 6.3 node function. Further, as a result of the search by the error signal of the minimum of the working function, a control signal is generated, which, entering the processing unit 6.1, provides an adaptive change in the response characteristics in accordance with the selected criterion.

В данном случае назначение устройства адаптивной обработки - сформировать сигнал на выходе узла обработки 6.1 таким образом, чтобы минимизировать сигнал ошибки.In this case, the purpose of the adaptive processing device is to generate a signal at the output of the processing node 6.1 in such a way as to minimize the error signal.

Следует отметить, что «эталонный» сигнал на входе адаптивного устройства подавления помех может содержать помимо обычных коррелированных и некоррелированных составляющих помех малые по величине составляющие полезного сигнала, наличие которых, как правило, наблюдается на входе приемника ШПС. Это, естественно, приводит к некоторому подавлению полезного сигнала. Однако, как показано в [Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уидроу, С. Стирнз: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с., С. 284-288.], присутствие на «эталонном» входе малых по величине составляющих полезного сигнала, хотя и является нежелательным, но не исключает возможности эффективного применения процедуры адаптивного подавления помех.It should be noted that the “reference” signal at the input of the adaptive interference suppression device may contain, in addition to the usual correlated and uncorrelated components of interference, small components of the useful signal, the presence of which, as a rule, is observed at the input of the BSS receiver. This, of course, leads to some suppression of the useful signal. However, as shown in [Widrow B., Stearns S. Adaptive Signal Processing / B. Widrow, S. Stearns: Trans. from English - M .: Radio and communications, 1989. - 440 p., S. 284-288.], The presence of small components of the useful signal at the "reference" input, although it is undesirable, does not exclude the possibility of effective application of the adaptive suppression procedure interference.

С другой стороны, при анализе и обобщении процедуры адаптивного подавления одной помехи получена процедура и структура соответствующего устройства для подавления многих помех, где в качестве сигнала на «эталонном» входе используется линейная комбинация обучающих сигналов (помех) [Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уидроу, С. Стирнз: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с., С. 297-299.]. При этом основные принципы способа адаптивной компенсации помех сохраняются, но усложняется процедура обработки.On the other hand, in the analysis and generalization of the adaptive suppression of one interference procedure, the procedure and structure of the corresponding device for suppressing many interference are obtained, where a linear combination of training signals (interference) is used as a signal at the “standard” input [Widrow B., Stearns S. Adaptive Signal Processing / B. Widrow, S. Stearns: Per. from English - M .: Radio and communications, 1989. - 440 p., S. 297-299.]. In this case, the basic principles of the adaptive interference compensation method are preserved, but the processing procedure is complicated.

Задача, которую решает предлагаемое изобретение, - повышение помехозащищенности приемника широкополосных сигналов, в том числе при наличии значительных флуктуационных шумов и сосредоточенных по спектру и времени помех.The problem that the invention solves is to increase the noise immunity of a broadband signal receiver, including in the presence of significant fluctuation noise and interference concentrated in the spectrum and time.

Заявляемый способ адаптивного и согласованного подавления флуктуационных шумов и сосредоточенных помех при приеме широкополосных сигналов заключается в том, что:The inventive method of adaptive and consistent suppression of fluctuation noise and concentrated interference when receiving broadband signals is that:

- по команде управления устанавливают необходимые параметры каждой из М антенн приемника ШПС и режимов обработки сигнала,- at the command of the control, the necessary parameters are set for each of the M antennas of the ShPS receiver and signal processing modes,

- производят преобразование несущей частоты выходного аналогового широкополосного радиосигнала каждой из М антенн на промежуточную частоту в рабочей полосе полезного сигнала,- carry out the conversion of the carrier frequency of the output analogue broadband radio signal of each of the M antennas to an intermediate frequency in the working band of the useful signal,

- производят аналого-цифровое преобразование (АЦП) выходного аналогового широкополосного сигнала каждой из М антенн на промежуточной частоте и оцифровывают с заданной тактовой частотой, как правило, несинхронной тактовой частоте входного широкополосного сигнала,- perform analog-to-digital conversion (ADC) of the output analogue broadband signal of each of the M antennas at an intermediate frequency and digitized with a given clock frequency, as a rule, the non-synchronous clock frequency of the input broadband signal,

- формируют последовательности/векторы временных отсчетов оцифрованных с заданной тактовой частотой выходных аналоговоговых широкополосных сигналов на промежуточной частоте, принятых каждой из М антенн, в максимально возможной заданной полосе входного широкополосного сигнала и осуществляют перенос на более низкую промежуточную частоту.- form sequences / vectors of time samples of the output analog wideband signals digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency received by each of the M antennas in the maximum possible specified band of the input broadband signal and transfer to a lower intermediate frequency.

Для обработки входных сигналов, принятых каждой из М антенн, используется соответствующий отдельный канал.To process the input signals received by each of the M antennas, a corresponding separate channel is used.

- В каждом из М каналов:- In each of the M channels:

- формируют необходимую рабочую полосу пропускания канала на соответствующей промежуточной частоте для соответствующего оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на более низкой промежуточной частоте;- form the necessary working bandwidth of the channel at the corresponding intermediate frequency for the corresponding digitized with a given clock frequency output analog broadband signal at a lower intermediate frequency;

- формируют последовательность/вектор текущих временных отсчетов оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте, как правило, несинхронной с тактовой частотой входного широкополосного сигнала;- form a sequence / vector of current time samples of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the corresponding clock frequency, as a rule, asynchronous with the clock frequency of the input broadband signal;

- выполняют многоэтапную итерационную процедуру адаптивной компенсации помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте:- perform a multi-stage iterative procedure for adaptive interference compensation of the output analog wideband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency:

- осуществляют цифровую фильтрацию последовательности текущих временных отсчетов оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте;- digitally filtering the sequence of current time samples of the output analogue broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency;

- формируют последовательность/вектор текущих временных отсчетов сигнала ошибки отфильтрованного оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте относительно суммы (линейной комбинации) цифровых временных («эталонных») сигналов в сформированных рабочих полосах пропускания остальных (М-1) каналов на соответствующих тактовых частотах путем поэлементного вычитания;- form a sequence / vector of current time samples of the error signal of the filtered analog output broadband signal, digitized with a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency relative to the sum (linear combination) of digital time ("reference") signals in the generated working bandwidths of the remaining (M-1) channels at the corresponding clock frequencies by element-wise subtraction;

- формируют временную последовательность/вектор текущих мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки путем возведения в квадрат дискретного сигнала ошибки отфильтрованного оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте;- form the time sequence / vector of the current instantaneous values of the quadratic error signal by squaring the discrete error signal of the filtered analog output wideband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency;

- формируют многомерную квадратичную рабочую функцию среднеквадратической ошибки (СКО) - временную последовательность/вектор мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки путем определения математического ожидания временной последовательности текущих мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки;- form a multidimensional quadratic working function of the mean square error (RMS) - the time sequence / vector of instantaneous values of the quadratic error signal by determining the mathematical expectation of the time sequence of the current instantaneous values of the quadratic error signal;

- выполняя процедуру поиска экстремума многомерной квадратичной рабочей функции среднеквадратической ошибки, находят текущий вектор оптимальных весовых коэффициентов цифрового фильтра, обеспечивающих минимум многомерной квадратичной рабочей функции СКО;- performing the search procedure for the extremum of the multidimensional quadratic working function of the mean-square error, find the current vector of optimal weighting coefficients of the digital filter that provide the minimum of the multidimensional quadratic working function of standard deviation;

- используя найденный текущий вектор оптимальных весовых коэффициентов цифрового фильтра, осуществляют следующий этап адаптивной компенсации помех, для этого повторяют последовательность операций всех предыдущих пунктов итерационной процедуры;- using the found current vector of optimal weighting coefficients of the digital filter, carry out the next stage of adaptive interference compensation, for this repeat the sequence of operations of all the previous points of the iterative procedure;

- в процессе выполнения адаптивной компенсации помех в канале формируют текущие временные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте;- in the process of performing adaptive interference compensation in the channel, the current time samples of the output analog broadband signal, digitized with a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth of the channel at the corresponding clock frequency are generated;

- текущие временные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют в частотную область путем применения процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ);- the current time samples of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency are converted into the frequency domain by applying the fast Fourier transform (FFT) procedure;

- полученные в процессе выполнения БПФ при адаптивной компенсации помех текущие частотные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте используют для дополнительного анализа поражения спектра этого сигнала узкополосными помехами путем сравнения амплитуд гармоник текущего спектра этого сигнала с текущим пороговым уровнем, который формируют по результатам обработки выбранных статистик текущих частотных отсчетов данного сигнала;- received in the process of performing FFT with adaptive interference compensation, the current frequency samples of the output analog broadband signal, which was cleaned from interference and digitized at a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency, are used for additional analysis of the spectrum damage of this signal by narrow-band interference by comparing amplitudes of harmonics of the current spectrum of this signal with the current threshold level, which is formed by cut tatam processing statistics selected current frequency of the signal samples;

- по факту превышения текущим мгновенным амплитудным значением спектра очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте текущего порогового уровня выделяют соответствующий текущий номер отсчета, для которого наблюдается наличие узкополосной помехи, оценивают уровень помехи и выполняют ее коррекцию путем весовой компенсации;- upon exceeding by the current instantaneous amplitude value of the spectrum of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency of the current threshold level, the corresponding current reference number is selected for which a narrow-band interference is observed, evaluate the level of interference and perform its correction by weight compensation;

- полученные текущие частотные отсчеты скорректированного спектра дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют во временную область путем применения процедуры обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ);- the received current frequency samples of the corrected spectrum, additionally cleared of narrow-band interference of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency, are converted into the time domain by applying the inverse fast Fourier transform (IFFT) procedure;

- полученные текущие временные отсчеты дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют в комплексную плоскость и формируют текущие временные отсчеты квадратурных составляющих этого цифрового сигнала;- the received current time counts of an additional analog broadband signal digitized at a given clock frequency and further purified from narrow-band interference at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the corresponding clock frequency are converted into a complex plane and current time samples of the quadrature components of this digital signal are generated;

- тактовые частоты временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют путем интерполяции к одной текущей тактовой частоте;- the clock frequencies of the time samples of the quadrature components, additionally cleared of narrow-band interference, of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency, is converted by interpolation to one current clock frequency;

- формируют оценку мощности текущих временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте (например, путем перемножения реальных и комплексных составляющих соответствующих текущих отсчетов данного сигнала);- form an estimate of the power of the current time samples of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at the intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the current clock frequency (for example, by multiplying the real and complex components of the corresponding current samples of this signal );

- полученные текущие отсчеты мощности временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте используют для анализа поражения данного сигнала импульсными помехами путем сравнения значений этих отсчетов мощности сигнала с текущим пороговым уровнем, который формируют по результатам статистической обработки отсчетов мощности;- the received current power samples of the time samples of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at the intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the current clock frequency are used to analyze the defeat of this signal by pulsed noise by comparing the values of these power samples signal with the current threshold level, which is formed according to the results of statistical processing power readouts;

- по факту превышения текущими временными отсчетами мощности квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте текущего значения порогового уровня выделяют соответствующие текущие номера, для которых наблюдается наличие импульсной помехи, формируют размер пораженного временного окна и осуществляют бланкирование сосредоточенных во времени помех в квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте;- upon exceeding by the current time readings of the power of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency that has been cleared of narrowband interference at an intermediate frequency in the generated channel bandwidth at the current clock frequency of the current threshold level level, the corresponding current numbers are selected for which there is a presence pulse interference, form the size of the affected time window and carry out blanking with time-focused interference in quadrature components of an additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth of the channel at the current clock frequency;

- на текущей тактовой частоте производят цифроаналоговое преобразование очищенных от сосредоточенных во времени помех квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте и преобразуют их в аналоговый вид;- at the current clock frequency, digital-to-analog conversion of the quadrature components cleared of time-concentrated interference is performed, additionally cleared of narrow-band interference, the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the current clock frequency and converted into an analog form;

- на тактовой частоте входного ШПС производят аналого-цифровое преобразование очищенных от сосредоточенных во времени помех квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте и преобразуют их в цифровую форму.- at the clock frequency of the input SHPS, analog-to-digital conversion of the quadrature components cleared of time-concentrated interference is additionally cleared of narrow-band interference of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the current clock frequency and converted into digital form.

По заданному сигналу управления производят выбор режима обработки очищенных от помех квадратурных выходных цифровых сигналов М каналов на тактовой частоте входного ШПС. According to a given control signal, the processing mode is selected to process the quadrature output digital signals of the M channels cleared of interference at the clock frequency of the input BSS.

Для реализации заявляемого способа может быть использовано устройство, общая структурная схема которого представлена на фиг. 2, где обозначено:To implement the proposed method, a device can be used, the general structural diagram of which is presented in FIG. 2, where indicated:

4₁-4_М - узел пространственной селекции;4 ₁ -4 _M - site spatial selection;

5₁-5_М - узел формирования рабочих полос;5 ₁ -5 _M - the site of the formation of working bands;

6₁-6_М - узел адаптивной компенсации помех;6 ₁ -6 _M - node adaptive interference compensation;

7₁-7_М - узел анализа и компенсации сосредоточенных по спектру помех;7 ₁ -7 _M - node analysis and compensation concentrated on the spectrum of interference;

8₁-8_М - узел анализа и компенсации импульсных помех;8 ₁ -8 _M - node analysis and compensation of impulse noise;

9₁-9_М - узел согласования;9 ₁ -9 _M - coordination unit;

10 - узел обработки информации;10 - information processing unit;

11 - узел управления;11 - control unit;

М - число однотипных параллельных каналов обработки сигналов, в данном случае М≥2.M is the number of parallel signal processing channels of the same type, in this case M≥2.

Устройство состоит из М узлов пространственной селекции 4₁-4_М, М узлов формирования рабочих полос 5₁-5_М, М однотипных параллельных каналов обработки сигналов, узла обработки информации 10 и узла управления 11.The device consists of M spatial selection nodes 4 ₁ -4 _M , M nodes for the formation of working bands 5 ₁ -5 _M , M of the same type of parallel signal processing channels, information processing unit 10 and control unit 11.

Каждый из М каналов обработки сигналов содержит соответствующие последовательно соединенные узел адаптивной компенсации помех 6₁-6_М, узел анализа и компенсации сосредоточенных по спектру помех 7₁-7_М, узел анализа и компенсации импульсных помех 8₁-8_M и узел согласования 9₁-9_М. Первые антенные входы М узлов пространственной селекции 4₁-4_М являются входами аналогового широкополосного радиосигнала устройства. Выходы М узлов пространственной селекции 4₁-4_М являются выходами оцифрованного на заданной тактовой частоте широкополосного сигнала на промежуточной частоте в рабочей полосе полезного сигнала и соединены с первыми входами соответствующих узлов формирования рабочих полос 5₁-5_М. Вторые входы узлов пространственной селекции 4₁-4_М, узлов формирования рабочих полос 5₁-5_М, узлов анализа и компенсации сосредоточенных по спектру помех 7₁-7_М, узлов анализа и компенсации импульсных помех 8₁-8_М, узлов согласования 9₁-9_М, (М+1)-е входы узлов адаптивной компенсации помех 6₁-6_М и узла обработки информации 10 являются управляющими входами и соединены с выходом узла управления 11, вход которого является входом сигнала установки режима приема/передачи (пр./прд.) предлагаемого устройства.Each of the M signal processing channels contains a corresponding series-connected adaptive interference compensation unit 6 ₁ -6 _M , an analysis and compensation unit focused on the interference spectrum 7 ₁ -7 _M , an impulse interference analysis and compensation unit 8 ₁ -8 _M and a matching unit 9 ₁ -9 _m . The first antenna inputs M of spatial selection nodes 4 ₁ -4 _M are the inputs of the analogue broadband radio signal of the device. The outputs of M nodes of spatial selection 4 ₁ -4 _M are the outputs of a broadband signal digitized at a given clock frequency at an intermediate frequency in the working band of the useful signal and are connected to the first inputs of the corresponding nodes of the formation of working bands 5 ₁ -5 _M. The second inputs of the spatial selection nodes 4 ₁ -4 _M , the nodes forming the working bands 5 ₁ -5 _M , the analysis and compensation nodes concentrated on the interference spectrum 7 ₁ -7 _M , the analysis and compensation nodes impulse noise 8 ₁ -8 _M , matching nodes 9 ₁ -9 _M , (M + 1) -e inputs of adaptive interference compensation nodes 6 ₁ -6 _M and information processing unit 10 are control inputs and are connected to the output of control unit 11, the input of which is the input of the signal for setting the transmission / reception mode (pr ./prd.) of the proposed device.

Выход каждого из М узлов формирования рабочих полос 5₁-5_М является выходом оцифрованного на соответствующей тактовой частоте широкополосного сигнала на соответствующей промежуточной частоте в сформированной необходимой рабочей полосе пропускания соответствующего M-го узла формирования рабочих полос и соединен с сигнальным входом соответствующего узла адаптивной компенсации помех 6₁-6_М, а выходы остальных узлов формирования рабочих полос 5₁-5_М соединены с остальными (М-1) входами «эталонного» сигнала каждого узла адаптивной компенсации помех 6₁-6_М. Выходы узлов согласования 9₁-9_М являются выходами очищенного от помех входного широкополосного сигнала и соединены с соответствующими М входами узла обработки информации 10, выход которого является выходом устройства.The output of each of the M nodes of the formation of the working bands 5 ₁ -5 _M is the output of the broadband signal digitized at the corresponding clock frequency at the corresponding intermediate frequency in the necessary working bandwidth of the corresponding Mth node of the formation of the working bands and is connected to the signal input of the corresponding node of the adaptive interference compensation 6 ₁ -6 _M , and the outputs of the remaining nodes of the formation of the working bands 5 ₁ -5 _{M are} connected to the remaining (M-1) inputs of the "reference" signal of each node of adaptive compensation interference interference 6 ₁ -6 _M. The outputs of the matching nodes 9 ₁ -9 _M are the outputs of the cleaned input broadband signal and are connected to the corresponding M inputs of the information processing unit 10, the output of which is the output of the device.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.The proposed device operates as follows.

Предварительно следует отметить, что в заявляемом устройстве используются цифровые сигналы, поэтому для их обработки наряду с аппаратными целесообразнее использовать программные и вычислительные средства. Вследствие этого для наглядного описания работы заявляемого устройства используем общий алгоритм процедуры последовательности операций, соответствующий заявляемому способу обработки входного ШПС.Preliminarily, it should be noted that the claimed device uses digital signals, therefore, for their processing, along with hardware, it is more advisable to use software and computing tools. As a result, for a descriptive description of the operation of the claimed device, we use the general algorithm of the sequence of operations corresponding to the claimed method of processing the input SHPS.

Пусть в системе радиосвязи предусматривается возможность применения K - различных вариантов широкополосных сигналов, число и порядок передачи которых задается, например, по псевдослучайному закону. В режиме приема, как правило, по отдельному каналу на вход узла управления 11 поступает сигнал установки режима пр/прд с сообщением о возможных вариантах структур передаваемых широкополосных сигналов, поэтому можно считать, что априори известны их возможная спектральная полоса и тактовая частота.Let the radio system provide for the possibility of using K - various variants of broadband signals, the number and order of transmission of which is set, for example, according to a pseudo-random law. In the reception mode, as a rule, a signal for setting the PR / PRD mode is received through a separate channel to the input of the control unit 11 with a message about possible options for the structures of transmitted broadband signals, so we can assume that their possible spectral band and clock frequency are a priori known.

Входной сигнал представляет собой аддитивную смесь широкополосного полезного радиосигнала, шумовой составляющей и сосредоточенных по спектру и времени помех. Этот сигнал поступает на первые М антенные входы узлов пространственной селекции 4₁-4_М, в результате чего осуществляется пространственное разнесение. Предварительно по команде с узла управления 11 выполняют соответствующую настройку параметров антенн, например, изменение диаграммы направленности, необходимое для обеспечения дальнейшей обработки. В каждом из узлов пространственной селекции 4₁-4_М выполняют процедуру переноса несущей частоты входного аналогового широкополосного радиосигнала на промежуточную частоту в рабочей полосе полезного сигнала и преобразование этого сигнала в цифровую форму на заданной тактовой частоте, обеспечивающей требуемое качество представления. Сформированные оцифрованные на заданной тактовой частоте широкополосные сигналы с выходов узлов пространственной селекции 4₁-4_М поступают на первые входы соответствующих узлов формирования рабочих полос 5₁-5_М, на вторые входы которых с узла управления 11 подают управляющий сигнал для задания параметров соответствующего канала. При этом задаются необходимая рабочая полоса пропускания канала, соответствующая промежуточная частота и соответствующая тактовая частота, удобная для дальнейшей обработки и, как правило, несинхронная с тактовой частотой входного широкополосного сигнала.The input signal is an additive mixture of the broadband useful radio signal, the noise component and the interference concentrated in the spectrum and time. This signal is fed to the first M antenna inputs of spatial selection nodes 4 ₁ -4 _M , resulting in spatial diversity. Preliminarily, upon command from the control unit 11, the antenna parameters are adjusted accordingly, for example, changing the radiation pattern necessary to ensure further processing. In each of the spatial nodes 4 ₁ -4 _M , the procedure of transferring the carrier frequency of the input analog broadband radio signal to an intermediate frequency in the working band of the useful signal and converting this signal into digital form at a given clock frequency, which ensures the required quality of presentation, is performed. The generated broadband signals digitized at a given clock frequency from the outputs of the spatial selection nodes 4 ₁ -4 _M go to the first inputs of the corresponding nodes of the formation of the working bands 5 ₁ -5 _M , the second inputs of which from the control unit 11 provide a control signal for setting the parameters of the corresponding channel. At the same time, the necessary working channel bandwidth, the corresponding intermediate frequency and the corresponding clock frequency are set, convenient for further processing and, as a rule, not synchronous with the clock frequency of the input broadband signal.

Назначение промежуточной и тактовой частоты при заданной полосе ШПС для K возможных вариантов широкополосных сигналов осуществляют таким образом, чтобы обеспечить одинаковую (требуемую) точность представления цифровых сигналов для различных частотных областей и снизить сложность обработки.The assignment of the intermediate and clock frequencies for a given broadband frequency band for the K possible variants of broadband signals is carried out in such a way as to ensure the same (required) accuracy of the representation of digital signals for different frequency regions and reduce the processing complexity.

Сформированные в узлах формирования рабочих полос 5₁-5_М в рабочей полосе полезного сигнала оцифрованные на заданной тактовой частоте соответствующие широкополосные сигналы на промежуточной частоте поступают на сигнальный вход соответствующего узла адаптивной компенсации помех 6₁-6_М. При этом оцифрованные сигналы с заданными параметрами с выходов остальных узлов формирования рабочих полос 5₁-5_М поступают на остальные (М-1) входы «эталонного» сигнала каждого узла адаптивной компенсации помех 6₁-6_М, структура каждого из которых идентична структуре устройства-прототипа. В каждом узле адаптивной компенсации помех 6₁-6_М выполняют последовательность операций, соответствующую адаптивной фильтрации помех со многими «эталонными» входами [Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов / Б. Уидроу, С. Стирнз: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. - 440 с., С. 297-299.], что позволяет получить оптимальное установившееся решение для задачи подавления многих помех. Очищенные от помех оцифрованные сигналы с выходов узлов адаптивной компенсации помех 6₁-6_М поступают на первые входы соответствующих узлов анализа и компенсации сосредоточенных по спектру помех 7₁-7_М. Эти оцифрованные сигналы путем применения процедуры БПФ [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Рабинер, Б. Гоулд: Пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 848 с.] преобразуют в частотную область. Далее полученные частотные отсчеты очищенного от помех в узлах адаптивной компенсации помех 6₁-6_М оцифрованного сигнала используют для дополнительного анализа остаточного поражения спектра этого сигнала узкополосными помехами. Данную процедуру выполняют путем сравнения амплитуд гармоник текущего спектра очищенного от помех в узлах адаптивной компенсации помех 6₁-6_М цифрового сигнала с текущим пороговым уровнем, который формируют, например, по результатам обработки выбранных текущих статистик частотных отсчетов или по результатам, полученным эмпирическим путем.Formed in the nodes of the formation of the working bands 5 ₁ -5 _M in the working band of the useful signal, the corresponding broadband signals digitized at a given clock frequency at the intermediate frequency are fed to the signal input of the corresponding adaptive interference compensation unit 6 ₁ -6 _M. In this case, the digitized signals with specified parameters from the outputs of the remaining nodes of the formation of the working bands 5 ₁ -5 _M are fed to the remaining (M-1) inputs of the "reference" signal of each node of the adaptive interference compensation 6 ₁ -6 _M , the structure of each of which is identical to the structure of the device prototype. At each node of adaptive interference compensation 6 ₁ -6 _M , a sequence of operations corresponding to adaptive interference filtering with many "reference" inputs is performed [B. Widrow, C. Stirnz. Adaptive signal processing / B. Widrow, S. Stirnz: Per. from English - M .: Radio and communications, 1989. - 440 p., S. 297-299.], Which allows to obtain the optimal steady-state solution for the problem of suppressing many interference. Purified digitized signals from interference with the adaptive compensation output nodes interference June ₁ -6 _M supplied to the first inputs of respective analysis units and compensation for interference spectrum centered on July ₁ -7 _M. These digitized signals by applying the FFT procedure [L. Rabiner, B. Gould. Theory and application of digital signal processing / L. Rabiner, B. Gould: Trans. from English - M .: Mir, 1978. - 848 p.] Convert to the frequency domain. Further, the obtained frequency samples of the digital signal cleared of interference at the nodes of adaptive interference compensation 6 ₁ -6 _M are used for additional analysis of the residual damage to the spectrum of this signal by narrow-band interference. This procedure is performed by comparing the harmonics amplitudes of the current spectrum of a digital signal cleared of noise at the nodes of adaptive interference compensation 6 ₁ -6 _M with the current threshold level, which is formed, for example, by processing the selected current statistics of frequency samples or by results obtained empirically.

Один из вариантов выбора порогового уровня при анализе узкополосных помех приведен в [Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др.; Под ред. Г.И. Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с., С. 214-218.]). Корректнее для оценки и формирования значения порогового уровня использовать статистические характеристики, например вероятность ложной тревоги. Необходимые статистические характеристики для обрабатываемого случайного процесса легко рассчитываются аналитически, так как в силу центральной предельной теоремы [Купер Дж., Макгиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем / Дж. Купер, К. Макгиллем.: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - 376 с., С. 73.] можно считать, что усредненные значения амплитудного спектра имеют распределение, близкое к нормальному. Оценку параметров (моменты) этого распределения выполняют при дополнительной статистической обработке последовательностей отсчетов усредненного амплитудного спектра.One of the options for choosing a threshold level in the analysis of narrowband interference is given in [Interference immunity of radio systems with complex signals / GI. Aces, V.A. Sivov, V.I. Prytkov and others; Ed. G.I. Tuzova. - M .: Radio and communications, 1985. - 264 p., S. 214-218.]). It is more correct to use statistical characteristics, for example, the probability of a false alarm, to evaluate and formulate the threshold level value. The necessary statistical characteristics for the random process being processed are easily calculated analytically, since by virtue of the central limit theorem [Cooper J., McGill K. Probabilistic methods for the analysis of signals and systems / J. Cooper, C. McGill .: Per. from English - M .: Mir, 1989. - 376 p., S. 73.] we can assume that the averaged values of the amplitude spectrum have a distribution close to normal. The parameters (moments) of this distribution are estimated with additional statistical processing of the sequences of samples of the averaged amplitude spectrum.

По факту превышения порогового уровня текущим мгновенным амплитудным значением спектра очищенного от помех в узлах адаптивной компенсации помех 6₁-6_М оцифрованного сигнала выделяют соответствующий текущий номер отсчета, для которого наблюдается наличие узкополосной помехи, и оценивают ее уровень. Полученные характеристики используют в качестве управляющих сигналов при выполнении коррекции текущих частотных отсчетов очищенного от помех оцифрованного сигнала, например, в оптимальном выравнивателе спектра путем весовой компенсации. В качестве оптимального выравнивателя спектра часто используют банк управляемых цифровых трансверсальных фильтров.Upon the fact that the threshold level is exceeded by the current instantaneous amplitude value of the spectrum cleared of interference at the nodes of adaptive interference compensation of a 6 ₁ -6 _M digitized signal, the corresponding current reference number for which the presence of narrow-band interference is observed is selected and its level is estimated. The obtained characteristics are used as control signals when performing correction of current frequency samples of a digitized signal cleared of interference, for example, in an optimal spectrum equalizer by weight compensation. A bank of controllable digital transverse filters is often used as the optimal spectrum equalizer.

Полученные частотные отсчеты скорректированного спектра цифрового сигнала, дополнительно очищенного от узкополосных помех, с выходов узлов анализа и компенсации сосредоточенных по спектру помех 7₁-7_М подают на первые входы соответствующих узлов анализа и компенсации импульсных помех 8₁-8_М и преобразуют во временную область путем применения процедуры обратного быстрого преобразования Фурье [Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Рабинер, Б. Гоулд: Пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 848 с.]. Полученные временные отсчеты сигнала преобразуют в комплексную плоскость и формируют его квадратурные составляющие. Применяя, например, процедуру интерполяции [Ай-фичер, Эммануил С., Джервис, Барри У. Цифровая обработка сигналов: Практический подход, 2-е издание / Айфичер, С. Эммануил, Джервис, У. Барри: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2004. - 992 с., С. 632; Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов / А. Оппенгейм, Р. Шафер. - М.: Техносфера, 2006. - 856 с., С. 179.], соответствующие тактовые частоты временных отсчетов квадратурных составляющих сигналов каналов преобразуют к одной текущей тактовой частоте.The obtained frequency samples of the adjusted spectrum of the digital signal, additionally cleared of narrow-band interference, from the outputs of the analysis and compensation nodes concentrated on the interference spectrum of 7 ₁ -7 _M are fed to the first inputs of the corresponding analysis and compensation nodes of the pulse interference 8 ₁ -8 _M and converted to the time domain by applying the inverse fast Fourier transform procedure [L. Rabiner, B. Gould. Theory and application of digital signal processing / L. Rabiner, B. Gould: Trans. from English - M .: Mir, 1978. - 848 p.]. The obtained time samples of the signal are converted into a complex plane and form its quadrature components. Using, for example, the interpolation procedure [Ay-Ficher, Emmanuel S., Jervis, Barry U. Digital Signal Processing: A Practical Approach, 2nd Edition / Ayficher, S. Emmanuel, Jervis, U. Barry: Per. from English - M .: Publishing house "Williams", 2004. - 992 p., S. 632; Oppenheim A., Schafer R. Digital signal processing / A. Oppenheim, R. Schafer. - M .: Technosphere, 2006. - 856 p., S. 179.], the corresponding clock frequencies of the time samples of the quadrature components of the channel signals are converted to one current clock frequency.

Преобразованные текущие временные отсчеты квадратурных составляющих сигнала на одной текущей тактовой частоте используют для анализа и выделения импульсных помех. Для этого, например, выполняют анализ текущей мощности временных отсчетов оцифрованного сигнала путем сравнения текущих значений отсчетов мощности сигнала с текущим значением порогового уровня.The converted current time samples of the quadrature components of the signal at one current clock frequency are used to analyze and isolate pulsed interference. For this, for example, an analysis of the current power of the time samples of the digitized signal is performed by comparing the current values of the signal power samples with the current value of the threshold level.

Оценку мощности текущих временных отсчетов оцифрованного сигнала формируют, например, путем перемножения их реальных и комплексных (квадратурных) составляющих. Текущий уровень порога формируют, например, по текущей средней мощности сигнала на основе статистической обработки выборок текущих временных отсчетов мощности с учетом предыстории процесса.An estimate of the power of the current time samples of the digitized signal is formed, for example, by multiplying their real and complex (quadrature) components. The current threshold level is formed, for example, by the current average signal power based on the statistical processing of samples of the current time power samples taking into account the history of the process.

По факту превышения текущего значения порогового уровня текущими временными отсчетами мощности оцифрованного сигнала определяют соответствующие текущие номера отсчетов оцифрованного квадратурного сигнала, для которых наблюдается наличие импульсной помехи. Формируют временной интервал, пораженный импульсными помехами, и осуществляют бланкирование текущих временных отсчетов квадратурных составляющих оцифрованного сигнала, принадлежащих этому интервалу.Upon exceeding the current value of the threshold level by the current time samples of the power of the digitized signal, the corresponding current numbers of samples of the digitized quadrature signal are determined for which the presence of impulse noise is observed. The time interval affected by the impulse noise is formed, and the current time samples of the quadrature components of the digitized signal belonging to this interval are blanked.

Дополнительно очищенные от помех, сосредоточенных по спектру, в узлах 7₁-7_М и импульсных помех в узлах 8₁-8_M, текущие временные отсчеты квадратурных составляющих оцифрованного сигнала на одной текущей тактовой частоте подают на первые входы соответствующих узлов согласования 9₁-9_М, в которых путем пары последовательных преобразований ЦАП-АЦП формируют квадратурные составляющие оцифрованного сигнала на тактовой частоте входного широкополосного сигнала, которые далее поступают на соответствующие входы узла обработки информации 10.Additionally cleared of spectrum-centered interference at nodes 7 ₁ -7 _M and impulse noise at nodes 8 ₁ -8 _M , the current time samples of the quadrature components of the digitized signal at one current clock frequency are fed to the first inputs of the corresponding matching nodes 9 ₁ -9 _M , in which through a pair of serial transformations, the DAC-ADC form the quadrature components of the digitized signal at the clock frequency of the input broadband signal, which are then fed to the corresponding inputs of the information processing unit 10.

По сигналу управления с узла управления 11 в узле обработки информации 10 производят выбор режима обработки очищенных от помех квадратурных составляющих выходных цифровых сигналов М каналов для выделения информации [Прокис Дж. Цифровая связь / Дж. Прокис: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 2000. - 800 с.].According to the control signal from the control unit 11 in the information processing unit 10, a processing mode is selected for processing the quadrature components of the output digital signals of the M channels that are cleared of interference to extract information [Prokis J. Digital Communication / J. Prokis: Trans. from English - M .: Radio and communications, 2000. - 800 p.].

Принципы построения заявляемого устройства и использование цифровых сигналов позволяют для его реализации применять высокопроизводительные специализированные цифровые сигнальные процессоры (digital signal processor (DSP)) и быстродействующие программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС, Field Programmable Gate Array (FPGA)), например, типов 1892BM3E (Multicore), 1892 ВМ10Я (NVcom) и FPGAs, Virtex-7 и их перспективные версии, работающие, например, по программе «Адаптивное и согласованное подавление флуктуационных шумов и сосредоточенных помех для приемника широкополосного сигнала» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013616030, дата регистрации 25 июня 2013 г.).The principles of construction of the inventive device and the use of digital signals allow its implementation to use high-performance specialized digital signal processors (DSP) and high-speed programmable logic integrated circuits (FPGAs), Field Programmable Gate Array (FPGA), for example, types 1892BM3E (Multicore ), 1892 VM10Ya (NVcom) and FPGAs, Virtex-7 and their promising versions, working, for example, under the program “Adaptive and consistent suppression of fluctuation noise and concentrated interference for a broadband signal receiver la "(certificate of state registration of the computer program No. 201316030, registration date June 25, 2013).

Следует отметить, что предлагаемые способ и устройство позволяют рационально использовать преимущества принципа адаптивной фильтрации помех в сочетании с принципом согласованной фильтрации для повышения интегральной помехозащищенности при приеме ШПС. Представленное решение проблемы компенсации комплекса помех при приеме ШПС сочетает в себе способность качественной обработки при умеренных аппаратных затратах на ее реализацию.It should be noted that the proposed method and device allow rational use of the advantages of the principle of adaptive noise filtering in combination with the principle of matched filtering to increase the integrated noise immunity when receiving an APS. The presented solution to the problem of compensating for a complex of interference when receiving SHPS combines the ability of high-quality processing with moderate hardware costs for its implementation.

В отличие от прототипа предлагаемая процедура обработки автоматически обеспечивает необходимые и корректные условия для реализации способа адаптивной компенсации помех за счет пространственного разнесения при приеме входного ШПС и возможности управления изменением диаграммы направленности антенных систем.In contrast to the prototype, the proposed processing procedure automatically provides the necessary and correct conditions for the implementation of the adaptive interference compensation method due to spatial diversity when receiving an input BSS and the ability to control the variation of the antenna system radiation pattern.

Сопоставительный анализ заявляемого способа адаптивного и согласованного подавления флуктуационных шумов и сосредоточенных по частоте и времени помех при приеме широкополосных сигналов с прототипом показывает, что заявляемый способ существенно отличается от прототипа.A comparative analysis of the proposed method for adaptive and consistent suppression of fluctuation noise and concentrated on frequency and time interference when receiving broadband signals with the prototype shows that the claimed method is significantly different from the prototype.

Предварительно следует заметить, что способ-прототип и заявляемый способ адаптивной фильтрации для каждого канала включают следующие общие признаки:It should be noted previously that the prototype method and the inventive adaptive filtering method for each channel include the following common features:

- осуществляют цифровую фильтрацию последовательности текущих временных отсчетов цифрового входного сигнала;- digitally filter the sequence of current time samples of the digital input signal;

- формируют последовательность/вектор текущих временных отсчетов сигнала ошибки отфильтрованного цифрового входного сигнала относительно цифрового «эталонного» сигнала путем поэлементного вычитания;- form a sequence / vector of current time samples of the error signal of the filtered digital input signal relative to the digital "reference" signal by elementwise subtraction;

- формируют временную последовательность/вектор текущих мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки путем возведения в квадрат дискретного временного сигнала ошибки отфильтрованного цифрового входного сигнала;- form the time sequence / vector of the current instantaneous values of the quadratic error signal by squaring the discrete time error signal of the filtered digital input signal;

- формируют многомерную квадратичную рабочую функцию СКО - временную последовательность мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки путем определения математического ожидания последовательности мгновенных текущих значений квадратичного сигнала ошибки;- form the multidimensional quadratic working function of the standard deviation - the time sequence of instantaneous values of the quadratic error signal by determining the mathematical expectation of the sequence of instantaneous current values of the quadratic error signal;

- выполняя процедуру поиска экстремума функции, находят текущий вектор оптимальных весовых коэффициентов цифрового фильтра, обеспечивающих минимум рабочей функции СКО;- performing the procedure of searching for the extremum of a function, they find the current vector of optimal weighting coefficients of the digital filter that provide a minimum of the working function of the standard deviation;

- используя найденный текущий вектор оптимальных весовых коэффициентов, осуществляют следующий этап адаптивной компенсации помех, для этого повторяют последовательность операций всех предыдущих пунктов.- using the found current vector of optimal weighting coefficients, carry out the next stage of adaptive interference compensation, for this repeat the sequence of operations of all the previous paragraphs.

Отличительные признаки заявляемого способа от способа-прототипаDistinctive features of the proposed method from the prototype method

- По команде управления устанавливают необходимые параметры каждой из М антенн приемника ШПС и режимы обработки сигналов.- At the command of the control, the necessary parameters of each of the M antennas of the ShPS receiver and signal processing modes are set.

- Производят преобразование несущей частоты выходного аналогового широкополосного радиосигнала каждой из М антенн на промежуточную частоту в рабочей полосе полезного сигнала.- Convert the carrier frequency of the output analogue broadband radio signal of each of the M antennas to an intermediate frequency in the working band of the useful signal.

- Производят аналого-цифровое преобразование выходного аналогового широкополосного сигнала каждой из М антенн на промежуточной частоте и оцифровывают с заданной тактовой частотой, как правило, несинхронной тактовой частоте входного широкополосного сигнала.- An analog-to-digital conversion of the output analogue broadband signal of each of the M antennas at an intermediate frequency is performed and digitized with a given clock frequency, as a rule, the non-synchronous clock frequency of the input broadband signal.

- Формируют последовательности/векторы временных отсчетов оцифрованных с заданной тактовой частотой выходных аналоговых широкополосных сигналов на промежуточной частоте, принятых каждой из М антенн, в максимально возможной заданной полосе входного широкополосного сигнала и осуществляют перенос на более низкую промежуточную частоту.- Generate sequences / vectors of time samples of the output analog broadband signals digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency received by each of the M antennas in the maximum possible specified band of the input broadband signal and transfer to a lower intermediate frequency.

- В каждом из М каналов- In each of the M channels

формируют необходимую рабочую полосу пропускания канала на соответствующей промежуточной частоте для соответствующего оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на более низкой промежуточной частоте; form the necessary working bandwidth of the channel at the corresponding intermediate frequency for the corresponding digitized with a given clock frequency output analog broadband signal at a lower intermediate frequency;

формируют последовательность/вектор текущих временных отсчетов оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте, как правило, несинхронной с тактовой частотой входного ШПС; form a sequence / vector of current time samples of the output analogue broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the corresponding clock frequency, as a rule, asynchronous with the clock frequency of the input SHPS;

в процессе выполнения адаптивной компенсации помех в канале формируют текущие временные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте; in the process of performing adaptive interference cancellation in the channel, the current time samples of the output analog broadband signal, digitized with a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth of the channel at the corresponding clock frequency are formed;

текущие временные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют в частотную область путем применения процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ); current time samples of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency are converted into the frequency domain by applying the fast Fourier transform (FFT) procedure;

полученные в процессе выполнения БПФ при адаптивной компенсации помех текущие частотные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте используют для дополнительного анализа поражения спектра этого сигнала узкополосными помехами путем сравнения амплитуд гармоник текущего спектра этого сигнала с текущим пороговым уровнем, который формируют по результатам обработки выбранных статистик текущих частотных отсчетов данного сигнала; obtained in the process of performing FFT with adaptive interference compensation, the current frequency samples of the output analog broadband signal, which was cleaned from interference and digitized at a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency, are used to further analyze the spectrum damage of this signal by narrow-band interference by comparing amplitudes harmonics of the current spectrum of this signal with the current threshold level, which is formed by tatam processing statistics selected current frequency of the signal samples;

по факту превышения текущим мгновенным амплитудным значением спектра очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте текущего порогового уровня выделяют соответствующий текущий номер отсчета, для которого наблюдается наличие узкополосной помехи, оценивают уровень помехи и выполняют ее коррекцию путем весовой компенсации; upon exceeding the current instantaneous amplitude value of the spectrum of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency of the current threshold level, the corresponding current reference number for which the presence of narrow-band noise is observed is selected, evaluate level of interference and perform its correction by weight compensation;

полученные текущие частотные отсчеты скорректированного спектра дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют во временную область путем применения процедуры обратного быстрого преобразования Фурье; the received current frequency samples of the corrected spectrum additionally cleared of narrow-band interference of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency is converted into the time domain by applying the inverse fast Fourier transform procedure;

полученные текущие временные отсчеты дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют в комплексную плоскость и формируют текущие временные отсчеты квадратурных составляющих этого цифрового сигнала; the received current time samples of an additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency are converted into a complex plane and form the current time samples of the quadrature components of this digital signal;

тактовые частоты временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют путем интерполяции к одной текущей тактовой частоте; clock frequencies of time samples of quadrature components of an additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth of the channel at the corresponding clock frequency are converted by interpolation to one current clock frequency;

формируют оценку мощности текущих временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте; form an estimate of the power of the current time readings of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized at a given clock frequency at an intermediate frequency, further cleared of narrow-band interference, in the generated channel working bandwidth at the current clock frequency;

полученные текущие отсчеты мощности временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте используют для анализа поражения данного сигнала импульсными помехами путем сравнения значений этих отсчетов мощности сигнала с текущим пороговым уровнем, который формируют по результатам статистической обработки отсчетов мощности; The obtained current power samples of the time samples of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the current clock frequency are used to analyze the defeat of this signal by pulsed noise by comparing the values of these signal power samples with the current threshold level, which is formed according to the results of statistical processing tk of power readings;

по факту превышения текущими временными отсчетами мощности квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте текущего значения порогового уровня выделяют соответствующие текущие номера, для которых наблюдается наличие импульсной помехи, формируют размер пораженного временного окна и осуществляют бланкирование сосредоточенных во времени помех в квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте; upon exceeding by the current time readings the power of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working bandwidth of the channel at the current clock frequency of the current threshold level level, the corresponding current numbers are selected for which the presence of pulse interference, form the size of the affected time window and carry out blanking time-limited interference in the quadrature components of an additional analog broadband signal digitized at a given clock frequency at an intermediate frequency, further cleared of narrow-band interference, in the generated channel working bandwidth at the current clock frequency;

на текущей тактовой частоте производят цифроаналоговое преобразование очищенных от сосредоточенных во времени помех квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте и преобразуют их в аналоговый вид; at the current clock frequency, digital-to-analog conversion of the quadrature components cleared of time-concentrated interference is performed, additionally cleared of narrow-band interference, the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the current clock frequency and converted into an analog form;

на тактовой частоте входного ШПС производят аналого-цифровое преобразование очищенных от сосредоточенных во времени помех квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте и преобразуют их в цифровую форму. analog-digital conversion of the quadrature components cleared of time-concentrated interference, additionally cleared of narrow-band interference of the output analog broadband signal at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth of the channel at the current clock frequency, is performed at the input SSB input frequency and converted into digital form.

По заданному сигналу управления производят выбор режима обработки очищенных от помех квадратурных выходных цифровых сигналов М каналов на тактовой частоте входного ШПС. According to a given control signal, the processing mode is selected to process the quadrature output digital signals of the M channels cleared of interference at the clock frequency of the input BSS.

Сопоставительный анализ заявляемого способа подавления (компенсации) флуктуационных шумов и сосредоточенных по спектру и времени помех для приемников широкополосных сигналов с прототипом показывает, что заявляемый способ существенно отличается от способа-прототипа.A comparative analysis of the proposed method of suppressing (compensation) fluctuation noise and concentrated on the spectrum and time of interference for receivers of broadband signals with a prototype shows that the inventive method is significantly different from the prototype method.

Общие признаки заявляемого устройства и прототипа.Common features of the claimed device and prototype.

Оба устройства содержат общий узел адаптивной компенсации помех 6₁-6_М с одинаковой структурой и связями. В заявляемом устройстве узел адаптивной компенсации помех включен в каждом из М каналов.Both devices contain a common node adaptive interference compensation 6 ₁ -6 _M with the same structure and connections. In the claimed device, the adaptive interference compensation unit is included in each of the M channels.

Отличительные признаки заявляемого устройства от устройства-прототипаDistinctive features of the claimed device from the prototype device

В заявляемом устройстве и в устройстве-прототипе процедуры обработки принимаемого сигнала различны. Кроме того, дополнительно введены новые узлы: узел пространственной селекции 4₁-4_М, узел формирования рабочих полос 5₁-5_М, М однотипных каналов обработки сигналов, узел обработки информации 10 и узел управления 11. Каждый из М каналов обработки сигналов содержит последовательно соединенные узел анализа и компенсации сосредоточенных по спектру помех 7₁-7_М, узел анализа и компенсации импульсных помех 8₁-8_М, узел согласования 9₁-9_М.In the inventive device and in the prototype device, the procedures for processing the received signal are different. In addition, new nodes have been additionally introduced: a spatial selection site 4 ₁ -4 _M , a working band forming unit 5 ₁ -5 _M , M of the same signal processing channels, an information processing unit 10 and a control unit 11. Each of the M signal processing channels contains connected node analysis and compensation concentrated on the spectrum of interference 7 ₁ -7 _M , node analysis and compensation of impulse noise 8 ₁ -8 _M , coordination node 9 ₁ -9 _M.

Сравнение заявляемых объектов изобретения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области техники не позволило выявить совокупность заявляемых признаков, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критериям «новизна», «существенные отличия» и «изобретательский уровень».Comparison of the claimed objects of the invention with the prototype and other known technical solutions in the art did not allow to identify the totality of the claimed features, and therefore they provide the claimed technical solution with the criteria of "novelty", "significant differences" and "inventive step".

Графические материалы, используемые при описании изобретения:Graphic materials used in the description of the invention:

Фиг. 1. Структурная схема устройства адаптивной компенсации помех - прототип.FIG. 1. Structural diagram of a device for adaptive interference compensation - prototype.

Фиг. 2. Структурная схема устройства подавления (компенсации) флуктуационных шумов и сосредоточенных по спектру и времени помех для приемников широкополосных сигналов - заявляемое устройство.FIG. 2. The structural diagram of the device for suppressing (compensating) fluctuation noise and concentrated on the spectrum and time of interference for receivers of broadband signals - the claimed device.

Claims (2)

1. Способ адаптивного и согласованного подавления флуктуационных шумов и сосредоточенных помех, заключающийся в том, что по команде управления устанавливают необходимые параметры каждой из М антенн приемника ШПС и режимов обработки сигнала, производят преобразование несущей частоты выходного аналогового широкополосного радиосигнала каждой из М антенн на промежуточную частоту в рабочей полосе полезного сигнала; производят аналого-цифровое преобразование (АЦП) выходного аналогового широкополосного сигнала каждой из М антенн на промежуточной частоте и оцифровывают с заданной тактовой частотой, как правило, несинхронной тактовой частоте входного широкополосного сигнала; формируют последовательности временных отсчетов оцифрованных с заданной тактовой частотой выходных аналоговых широкополосных сигналов на промежуточной частоте, принятых каждой из М антенн, в максимально возможной заданной полосе входного широкополосного сигнала и осуществляют перенос на более низкую промежуточную частоту; в каждом из М каналов формируют необходимую рабочую полосу пропускания канала на соответствующей промежуточной частоте для соответствующего оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на более низкой промежуточной частоте; далее формируют последовательность текущих временных отсчетов оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте, как правило, несинхронной с тактовой частотой входного широкополосного сигнала; после этого выполняется многоэтапная итерационная процедура адаптивной компенсации помех для оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте; в многоэтапной итерационной процедуре адаптивной компенсации помех осуществляют цифровую фильтрацию последовательности текущих временных отсчетов оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте; формируют последовательность текущих временных отсчетов сигнала ошибки отфильтрованного оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте относительно суммы (линейной комбинации) цифровых временных («эталонных») сигналов в сформированных рабочих полосах пропускания остальных (М-1) каналов на соответствующих тактовых частотах путем поэлементного вычитания; формируют временную последовательность текущих мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки путем возведения в квадрат дискретного сигнала ошибки отфильтрованного оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте; далее формируют многомерную квадратичную рабочую функцию среднеквадратической ошибки (СКО) - временную последовательность мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки путем определения математического ожидания временной последовательности текущих мгновенных значений квадратичного сигнала ошибки; выполняя процедуру поиска экстремума многомерной квадратичной рабочей функции среднеквадратической ошибки, находят текущий вектор оптимальных весовых коэффициентов цифрового фильтра, обеспечивающих минимум многомерной квадратичной рабочей функции СКО; используя найденный текущий вектор оптимальных весовых коэффициентов цифрового фильтра, осуществляют следующий этап адаптивной компенсации помех, для этого повторяют последовательность операций всех предыдущих пунктов итерационной процедуры; в процессе выполнения адаптивной компенсации помех в канале формируют текущие временные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте; текущие временные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют в частотную область путем применения процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ); полученные в процессе выполнения БПФ при адаптивной компенсации помех текущие частотные отсчеты очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте используют для дополнительного анализа поражения спектра этого сигнала узкополосными помехами путем сравнения амплитуд гармоник текущего спектра этого сигнала с текущим пороговым уровнем, который формируют по результатам обработки выбранных статистик текущих частотных отсчетов данного сигнала; по факту превышения текущим мгновенным амплитудным значением спектра очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте текущего порогового уровня выделяют соответствующий текущий номер отсчета, для которого наблюдается наличие узкополосной помехи, оценивают уровень помехи и выполняют ее коррекцию путем весовой компенсации; полученные текущие частотные отсчеты скорректированного спектра дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют во временную область путем применения процедуры обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ); полученные текущие временные отсчеты дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют в комплексную плоскость и формируют текущие временные отсчеты квадратурных составляющих этого цифрового сигнала; тактовые частоты временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте преобразуют путем интерполяции к одной текущей тактовой частоте; формируют оценку мощности текущих временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте; полученные текущие отсчеты мощности временных отсчетов квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте используют для анализа поражения данного сигнала импульсными помехами путем сравнения значений этих отсчетов мощности сигнала с текущим пороговым уровнем, который формируют по результатам статистической обработки отсчетов мощности; по факту превышения текущими временными отсчетами мощности квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте текущего значения порогового уровня выделяют соответствующие текущие номера, для которых наблюдается наличие импульсной помехи, формируют размер пораженного временного окна и осуществляют бланкирование сосредоточенных во времени помех в квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте; на текущей тактовой частоте производят цифроаналоговое преобразование очищенных от сосредоточенных во времени помех квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте и преобразуют их в аналоговый вид; на тактовой частоте входного ШПС производят аналого-цифровое преобразование очищенных от сосредоточенных во времени помех квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте и преобразуют их в цифровую форму; по заданному сигналу управления производят выбор режима обработки очищенных от помех квадратурных выходных цифровых сигналов М каналов на тактовой частоте входного ШПС.1. The method of adaptive and coordinated suppression of fluctuation noise and concentrated interference, which consists in the fact that the control command sets the necessary parameters for each of the M antennas of the receiver of the BSS and signal processing modes, converts the carrier frequency of the output analog broadband radio signal of each of the M antennas to an intermediate frequency in the working band of the useful signal; perform analog-to-digital conversion (ADC) of the output analogue broadband signal of each of the M antennas at an intermediate frequency and digitize with a given clock frequency, usually the non-synchronous clock frequency of the input broadband signal; generate sequences of time samples of the output analogue broadband signals digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency received by each of the M antennas in the maximum possible specified band of the input broadband signal and transfer to a lower intermediate frequency; in each of the M channels, the necessary working channel bandwidth is formed at the corresponding intermediate frequency for the corresponding output analogue broadband signal digitized with a given clock frequency at a lower intermediate frequency; then form a sequence of current time samples of the output analogue broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency, as a rule, asynchronous with the clock frequency of the input broadband signal; after that, a multi-stage iterative procedure of adaptive interference compensation is performed for the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency; in a multi-stage iterative procedure of adaptive interference compensation, digitally filtering the sequence of current time samples of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the corresponding clock frequency; form a sequence of current time samples of the error signal of the filtered analog output wideband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency relative to the sum (linear combination) of digital time ("reference") signals in the remaining working bandwidths (M-1) channels at the corresponding clock frequencies by element-wise subtraction; forming a time sequence of the current instantaneous values of the quadratic error signal by squaring the discrete error signal of the filtered analog output wideband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the corresponding clock frequency; then form a multidimensional quadratic working function of the mean square error (RMS) - a time sequence of instantaneous values of a quadratic error signal by determining the mathematical expectation of a time sequence of current instantaneous values of a quadratic error signal; performing the procedure for finding the extremum of the multidimensional quadratic working function of the mean square error, find the current vector of optimal weighting coefficients of the digital filter that provide the minimum of the multidimensional quadratic working function of standard deviation; using the found current vector of optimal weights of the digital filter, carry out the next stage of adaptive interference compensation, for this repeat the sequence of operations of all the previous paragraphs of the iterative procedure; in the process of performing adaptive interference cancellation in the channel, the current time samples of the output analog broadband signal, digitized with a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth of the channel at the corresponding clock frequency are formed; current time samples of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency are converted into the frequency domain by applying the fast Fourier transform (FFT) procedure; obtained in the process of performing FFT with adaptive interference compensation, the current frequency samples of the output analog broadband signal, which was cleaned from interference and digitized at a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency, are used to further analyze the spectrum damage of this signal by narrow-band interference by comparing amplitudes harmonics of the current spectrum of this signal with the current threshold level, which is formed by tatam processing statistics selected current frequency of the signal samples; upon exceeding the current instantaneous amplitude value of the spectrum of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency of the current threshold level, the corresponding current reference number for which the presence of narrow-band noise is observed is selected, evaluate level of interference and perform its correction by weight compensation; the received current frequency samples of the corrected spectrum, additionally cleared of narrow-band interference of the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency, at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency, are converted into the time domain by applying the inverse fast Fourier transform (IFFT) procedure; the received current time samples of an additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the corresponding clock frequency are converted into a complex plane and form the current time samples of the quadrature components of this digital signal; clock frequencies of time samples of quadrature components of an additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth of the channel at the corresponding clock frequency are converted by interpolation to one current clock frequency; form an estimate of the power of the current time readings of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized at a given clock frequency at an intermediate frequency, further cleared of narrow-band interference, in the generated channel working bandwidth at the current clock frequency; The obtained current power samples of the time samples of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency and output at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth at the current clock frequency are used to analyze the defeat of this signal by pulsed noise by comparing the values of these signal power samples with the current threshold level, which is formed according to the results of statistical processing tk of power readings; upon exceeding by the current time readings the power of the quadrature components of the additional analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated working bandwidth of the channel at the current clock frequency of the current threshold level level, the corresponding current numbers are selected for which the presence of pulse interference, form the size of the affected time window and carry out blanking time-limited interference in the quadrature components of an additional analog broadband signal digitized at a given clock frequency at an intermediate frequency, further cleared of narrow-band interference, in the generated channel working bandwidth at the current clock frequency; at the current clock frequency, digital-to-analog conversion of the quadrature components cleared of time-concentrated interference is performed, additionally cleared of narrow-band interference, the output analog broadband signal digitized with a given clock frequency at an intermediate frequency in the generated channel working bandwidth at the current clock frequency and converted into an analog form; analog-digital conversion of the quadrature components cleared of time-concentrated interference, additionally cleared of narrow-band interference of the output analog broadband signal at an intermediate frequency in the generated working channel bandwidth of the channel at the current clock frequency, is performed at the input SSB input frequency and converted into digital form; on a given control signal, the processing mode is selected to process the quadrature output digital signals of the M channels cleared of interference at the clock frequency of the input BSS. 2. Устройство адаптивного и согласованного подавления флуктуационных шумов и сосредоточенных по спектру и времени помех для приемников широкополосных сигналов, содержащее узел адаптивной компенсации помех, один вход которого является сигнальным входом, а другой - входом «эталонного» сигнала, отличающееся тем, что введены М узлов пространственной селекции, М узлов формирования рабочих полос, узел обработки информации, узел управления и М однотипных параллельных каналов обработки сигналов, каждый из М каналов обработки сигналов содержит соответствующие последовательно соединенные узел адаптивной компенсации помех, узел анализа и компенсации сосредоточенных по спектру помех, узел анализа и компенсации импульсных помех и узел согласования, при этом М первых антенных входов узлов пространственной селекции являются входами широкополосного радиосигнала, выходы М узлов пространственной селекции являются выходами оцифрованного на заданной тактовой частоте широкополосного сигнала на промежуточной частоте в рабочей полосе полезного сигнала и соединены с первыми входами соответствующих узлов формирования рабочих полос, вторые входы узлов пространственной селекции, узлов формирования рабочих полос, узлов анализа и компенсации сосредоточенных по спектру помех, узлов анализа и компенсации импульсных помех, узлов согласования, (М+1)-е входы узлов адаптивной компенсации помех и узла обработки информации являются управляющими входами и соединены с выходом узла управления, выход каждого из М узлов формирования рабочих полос является выходом оцифрованного на соответствующей тактовой частоте широкополосного сигнала на соответствующей промежуточной частоте в сформированной необходимой рабочей полосе пропускания соответствующего М-го узла формирования рабочих полос и соединен с сигнальным входом соответствующего узла адаптивной компенсации помех, а выходы остальных узлов формирования рабочих полос соединены с остальными (М-1) входами «эталонного» сигнала каждого узла адаптивной компенсации помех, кроме того, выход каждого из М узла согласования соединен с соответствующим входом узла обработки информации, выход которого является выходом устройства. 2. A device for adaptive and consistent suppression of fluctuation noise and spectrum-time-focused interference for broadband signal receivers, comprising an adaptive interference compensation unit, one input of which is a signal input, and the other is an input of a “reference” signal, characterized in that M nodes are introduced spatial selection, M nodes for the formation of working bands, an information processing node, a control node and M of the same type of parallel signal processing channels, each of the M signal processing channels contains the corresponding series-connected adaptive interference compensation unit, the analysis and compensation center node for the interference spectrum, the pulse interference analysis and compensation unit and the matching unit, the M first antenna inputs of the spatial selection nodes are the inputs of the broadband radio signal, the outputs of the M spatial selection nodes are the outputs of the digitized a given clock frequency of a broadband signal at an intermediate frequency in the working band of the useful signal and connected to the first inputs the corresponding nodes of the formation of the working bands, the second inputs of the nodes of the spatial selection, the nodes of the formation of the working bands, the nodes of analysis and compensation focused on the spectrum of interference, the nodes of analysis and compensation of impulse noise, matching nodes, (M + 1) -e inputs of the nodes of adaptive interference compensation and node information processing are control inputs and are connected to the output of the control node, the output of each of the M nodes of the formation of the working bands is the output of a broadband digitized at the corresponding clock frequency about the signal at the corresponding intermediate frequency in the necessary working bandwidth of the corresponding Mth node for forming the working bands and is connected to the signal input of the corresponding node for adaptive interference compensation, and the outputs of the other nodes for forming the working bands are connected to the rest (M-1) inputs of the “reference” the signal of each node of adaptive interference compensation, in addition, the output of each of the M matching node is connected to the corresponding input of the information processing node, the output of which is the output m device.

Images