RU2066925C1

RU2066925C1 - Multi-channel adaptive radio receiver

Info

Publication number: RU2066925C1
Application number: RU94015472A
Authority: RU
Inventors: П.Л. Смирнов; А.В. Викторов; Н.В. Соловьев; А.В. Терентьев
Original assignee: Военная академия связи
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1996-09-20
Also published as: RU94015472A

Abstract

FIELD: radio engineering, in particular, adaptive antenna systems. SUBSTANCE: receiver has antenna system 1, weighted summation unit 2, weight coefficient forming unit 3, frequency-time processing unit 4. The receiver realized the minimax algorithm of spatial-polarization processing of signals, provides for forming of directional pattern with M-maxima directed towards distant stations and minima oriented towards noise sources. EFFECT: simultaneous reception of signals of all radio stations with pseudorandom retuning of operating frequency using common frequencies. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к адаптивным антенным системам ААС. The invention relates to the field of radio engineering, in particular to adaptive antenna systems AAS.

Известны различные ААС: с управлением вперед, с использованием вперед, с использованием корреляционных обратных связей, модуляционного типа и др. Они содержат антенную систему, блок весового суммирования и формирователь весовых коэффициентов. ААС модуляционного типа, обладающие рядом преимуществ, содержат антенную систему, блок весового суммирования, формирователь весовых коэффициентов и блок частотно-временной обработки [1] обеспечивающий формирование двух напряжений, пропорциональных уровням сигнала и помех. Недостатком данных устройств является их недостаточное быстродействие при использовании сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты ППРЧ. Various AASs are known: with forward control, with forward use, using correlation feedbacks, modulation type, etc. They contain an antenna system, a weight summation unit, and a weight shaper. AAS modulation type, with several advantages, contain an antenna system, a weight summing unit, a weighting factor generator and a time-frequency processing unit [1] that provides the formation of two voltages proportional to signal and interference levels. The disadvantage of these devices is their lack of speed when using signals with pseudo-random tuning of the operating frequency of the frequency hopper.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является многоканальное адаптивное радиоприемное устройство, содержащее последовательно соединенные антенную систему, блок весового суммирования, сумматор, блок частотно-временной обработки, блок формирования весовых коэффициентов, входы которого соединены с выходами показателей качества блока частотно-временной обмотки, а выходы с управляющими входами блока весового суммирования, а выход блока частотно-временной обработки является выходом устройства [2]
Недостатком данного устройства является аппаратурная избыточность (в силу многоканальности) при приеме излучений одного радиоэлектронного средства РЭС с ППРЧ.The closest in technical essence to the claimed device is a multi-channel adaptive radio receiver device containing a series-connected antenna system, a weight summing unit, an adder, a time-frequency processing unit, a weighting factor generation unit, the inputs of which are connected to the outputs of the quality indicators of the time-frequency winding unit, and the outputs with control inputs of the weight summation block, and the output of the time-frequency processing block is the output of the device [2]
The disadvantage of this device is the hardware redundancy (due to multichannel) when receiving emissions of one electronic means of radio electronic equipment with frequency hopping.

Техническим результатом заявленного устройства является обеспечение одновременного приема сигналов всех радиостанций с ППРЧ в заданной полосе частот. The technical result of the claimed device is to provide simultaneous reception of signals from all radio stations with frequency hopping in a given frequency band.

На фиг. 1 представлена структурная схема многоканального адаптивного радиоприемного устройства, на фиг. 2 структурная схема блока частотно-временной обработки сигналов; на фиг. 3 представлены эпюры напряжений, поясняющие работу блока частотно-временной обработки сигналов. In FIG. 1 is a structural diagram of a multi-channel adaptive radio receiving device; FIG. 2 is a block diagram of a time-frequency signal processing unit; in FIG. 3 shows voltage plots explaining the operation of the time-frequency signal processing unit.

Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство содержит антенную систему 1, блок 2 весового суммирования, блок 3 формирования весовых коэффициентов, блок 4 частотно-временной обработки, состоящий из М частотных каналов, М выходных сумматоров 20.1-20.М, сумматора 21 сигнала оценки полезной составляющей входных сигналов, сумматора 22 сигнала помеховой составляющей входных сигналов, М блоков 23.1-23.М цикловой синхронизации, каждый частотный канал 5 содержит полосовой фильтр 6, элемент задержки 7, первый ключ 8, разветвитель 9 мощности, второй ключ 10, ждущий мультивибратор 11, второй элемент И 12, триггер 13, амплитудный детектор 14, коммутатор 15, пороговый элемент 16, формирователь 17 импульсов, первый элемент И 18, сумматор 19, каждый блок 23 цикловой синхронизации содержит генератор 24 импульсов, селектор 25 импульсов, сумматор 26 импульсов. The multi-channel adaptive radio receiving device comprises an antenna system 1, a weight summing unit 2, a weighting coefficient generating unit 3, a time-frequency processing unit 4, consisting of M frequency channels, M output adders 20.1-20. M, an adder 21 of the signal for evaluating the useful component of the input signals , adder 22 of the signal of the interfering component of the input signals, M blocks 23.1-23.M cycle synchronization, each frequency channel 5 contains a bandpass filter 6, a delay element 7, the first key 8, the power splitter 9, the second key 10, a waiting multivibrator 11, the second element And 12, the trigger 13, the amplitude detector 14, the switch 15, the threshold element 16, the driver 17 pulses, the first element And 18, the adder 19, each block 23 of the clock synchronization contains a generator 24 pulses, a selector 25 pulses , adder 26 pulses.

Многоканальное адаптивное радиоприемное устройство работает следующим образом. A multi-channel adaptive radio receiver operates as follows.

Аддитивная смесь сигналов с ППРЧ, помех и шумов с выхода антенных элементов 1 поступает на входы блока 2. Здесь осуществляется взвешивание принимаемых сигналов в полосе ППРЧ и сложение. В блоке 4 частотно-временной обработки, на вход которого поступает взвешенная смесь, выделяются сигналы заданных М станций с ППРЧ и формирование показателей качества путем разрежения входного потока сигналов. В результате на М информационных выходах блока появляются сигналы соответствующих корреспондентов, а на выходах оценки полезной и помеховой составляющих входного сигнала формируются напряжение U_c и U_п, соответствующие сумме амплитуд полезных сигналов и аддитивной помех и шумов. Эти напряжения используются для формирования весовых коэффициентов в блок 3.An additive mixture of frequency hopping signals, interference and noise from the output of the antenna elements 1 is fed to the inputs of block 2. Here, the received signals are weighted in the frequency hopping band and added. In block 4 of the time-frequency processing, to the input of which a weighed mixture arrives, the signals of the specified M stations with frequency hopping and the formation of quality indicators by diluting the input signal stream are highlighted. As a result, the signals of the corresponding correspondents appear on the M information outputs of the block, and the voltage U _c and U _p corresponding to the sum of the amplitudes of the useful signals and additive interference and noise are generated at the outputs of the evaluation of the useful and interference components of the input signal. These voltages are used to form weights in block 3.

Полученные в блоке 3 весовые коэффициенты используются в блоке 2 для максимизации значения сигнального показателя качества и минимизации помехового U_п. В результате этого осуществляется компенсация мешающих сигналов и согласованный прием излучений заданных корреспондентов. Таким образом, устройство формирует такую диаграмму направленности ААС в полосе частот ППРЧ, у которой М максимумов соответствуют направлениям на источники полезных сигналов с ППРЧ, а минимумы ориентированы в направлении источников помех.The weights obtained in block 3 are used in block 2 to maximize the value of the signal quality indicator and minimize the interference U _p . As a result of this, compensation is made for the interfering signals and the coordinated reception of the emissions of the given correspondents. Thus, the device generates such an AAS radiation pattern in the frequency hopping frequency band, in which M maxima correspond to the directions to the sources of useful signals with frequency hopping, and the minima are oriented in the direction of the interference sources.

Рассмотрим более подробно работу блока 4 частотно-временной обработки, в который внесены изменения в соответствии с заявляемым изобретением. Блок 4 реализуется в виде К-канального приемного устройства. Каналы приема (частотные каналы) 5 настраиваются на частотные позиции сигналов с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Априорное знание значения такого параметра полезных сигналов как фаза импульсов цикловой синхронизации (используемого как и в прототипе для селекции входного потока сигналов, помех и шумов для формирования показателей качества U_c и U_п) обеспечивает бесподстроечное вхождение в связь с корреспондентами.Consider in more detail the operation of the unit 4 time-frequency processing, which has been amended in accordance with the claimed invention. Block 4 is implemented as a K-channel receiving device. Receiving channels (frequency channels) 5 are tuned to the frequency positions of the signals with pseudo-random tuning of the operating frequency. A priori knowledge of the value of such a parameter of useful signals as the phase of cyclic synchronization pulses (used as in the prototype to select the input signal stream, interference and noise to form quality indicators U _c and U _p ) ensures uninterrupted entry into communication with correspondents.

Принимаемые сигналы (см. фиг. 3) U₆ с выхода полосового фильтра 6 поступают на вход амплитудного детектора 14, где выделяется огибающая сигнала. Продетектированный сигнал поступает на вход порогового элемента 16. В результате пороговой обработки сигнала на выходе порогового элемента 16 формируется сигнал прямоугольной формы. Здесь для простоты рассмотрения ограничимся показом работы одного частотного канала 5.1 и сигналов двух радиостанций с ППРЧ (1-й и М-й). При этом в рассматриваемый интервал τ = t₂-t₁ времени на первой частотной позиции отмечается работа лишь одной (первой) радиостанции с ППРЧ. Сигнал с выхода порогового элемента 16 поступает на вход формирователя 17 импульсов. Последний предназначен для формирования импульсов на своих выходах, соответствующих переднему и заднему фронтам входного сигнала U₆, которые далее используются в качестве управляющих сигналов. Импульс U_17.1, сформированный по переднему фронту сигнала РЭС N 1 и соответствующий импульсу цикловой синхронизации принимаемого сигнала поступает на вход первого элемента И18. Второй вход первого элемента И18 стробируется суммарной опорной последовательностью импульсов, сформированной с помощью М блоков 23 цикловой синхронизации и сумматора 19. Период и фаза следования этих импульсов U₁₉ соответствуют периоду и фазе следования импульсов цикловой синхронизации заданных РЭС с ППРЧ. При совпадении импульсов U_17.1 и U₁₉ (в данном случае РЭС N 1 соответствуют полностью заштрихованные импульсы) на временной плоскости на выходе первого элемента И18 формируется импульс, переводящий RS-триггер 13 в единичное состояние. В результате этого принимаемый в этом канале сигнал через первый ключ 8 и разветвитель 9 мощности поступает на входы вторых ключей 10. Кроме того, импульс цикловой синхронизации для РЭС N 1 с выхода блока 23.1 поступает на вход второго элемента И12.1, на второй вход которого воздействует импульс U₁₈. В результате на выходе элемента И12.1 формируется импульс, которым запускается ждущий мультивибратор 11.1. В задачу последнего входит формирование импульса, длительность которого определяется временем пребывания РЭС на частотной позиции. Названный импульс U_11.1 поступает на управляющий вход второго ключа 10.1. В результате принятый сигнал РЭС N 1 через блок 10.1 поступает на вход сумматора 20.1 и далее на выход устройства. В это время все остальные элементы И 12 сигналами U₂₃ не стробируются, а ждущие мультивибраторы 11.1 не запускаются. Следовательно вторые ключи 10.2-10.М закрыты. Этим обеспечивается прохождение сигналов различных РЭС на вход соответствующих выходных сумматоров 20.The received signals (see Fig. 3) U ₆ from the output of the bandpass filter 6 are fed to the input of the amplitude detector 14, where the envelope of the signal is allocated. The detected signal is fed to the input of the threshold element 16. As a result of threshold signal processing, a rectangular signal is generated at the output of the threshold element 16. Here, for simplicity of consideration, we confine ourselves to showing the operation of one 5.1 frequency channel and the signals of two radio stations with frequency hopping (1st and Mth). Moreover, in the considered interval τ = t ₂ -t ₁ time at the first frequency position, only one (first) radio station with frequency hopping is observed. The signal from the output of the threshold element 16 is fed to the input of the pulse shaper 17. The latter is designed to generate pulses at its outputs corresponding to the leading and trailing edges of the input signal U ₆ , which are then used as control signals. The pulse U _17.1 , formed on the leading edge of the signal RES No. 1 and corresponding to the pulse of the clock synchronization of the received signal is fed to the input of the first element And18. The second input of the first element I18 is gated by the total reference pulse sequence generated using M blocks 23 of the cycle synchronization and the adder 19. The period and phase of these pulses U ₁₉ correspond to the period and phase of the sequence of cyclic synchronization pulses of the given RES with frequency hopping. With the coincidence of pulses U _17.1 and U ₁₉ (in this case, RES No. 1 corresponds to fully shaded pulses), a pulse is generated at the output of the first I18 element on the time plane, which translates the RS-trigger 13 into a single state. As a result of this, the signal received in this channel through the first key 8 and the power splitter 9 is fed to the inputs of the second keys 10. In addition, the cyclic synchronization pulse for RES No. 1 from the output of block 23.1 goes to the input of the second element I12.1, to the second input of which Impulse U ₁₈ acts. As a result, an impulse is formed at the output of the I12.1 element, which starts the waiting multivibrator 11.1. The task of the latter includes the formation of an impulse, the duration of which is determined by the residence time of the RES in the frequency position. The named pulse U _{11.1 is} supplied to the control input of the second key 10.1. As a result, the received signal RES No. 1 through block 10.1 is fed to the input of the adder 20.1 and then to the output of the device. At this time, all other elements And 12 signals U _{23 are} not gated, and the waiting multivibrators 11.1 do not start. Therefore, the second keys 10.2-10.M are closed. This ensures the passage of signals of various RES to the input of the corresponding output adders 20.

Одновременно в момент t₁ коммутатор 15 рассматриваемого первого частотного канала 5.1 подключает выход амплитудного детектора 14 ко входу сумматора 21 сигнала оценки полезной составляющей входных составляющих. В результате выполнения этой операции сигнал, принимаемый первым частотным каналом, используется в качестве сигнального показателя качества U_c.At the same time, at time t _{1, the} switch 15 of the considered first frequency channel 5.1 connects the output of the amplitude detector 14 to the input of the adder 21 of the evaluation signal of the useful component of the input components. As a result of this operation, the signal received by the first frequency channel is used as a signal quality indicator U _c .

При переходе РЭС N 1 на другую частотную позицию (в момент времени t₂) происходит сброс триггера 13 (импульсом U_17.2) в нулевое состояние. В результате первый ключ 8 закрывается, а коммутатор 15 переходит в состояние, при котором выход амплитудного детектора подключается ко входу сумматора 22 сигнала оценки помеховой составляющей входных сигналов.When the transition of RES No. 1 to another frequency position (at time t ₂ ), the trigger 13 is reset (pulse U _17.2 ) to the zero state. As a result, the first key 8 is closed, and the switch 15 enters a state in which the output of the amplitude detector is connected to the input of the adder 22 of the evaluation signal of the interference component of the input signals.

При появлении на первой частотной позиции в момент времени 3 излучения РЭС N М работа частотного канала 5.1 блока 4 частотно-временной обработки аналогична. В результате принимаемый сигнал проследует через первый ключ 8, разветвитель 9 мощности и второй ключ 10.М на вход М-го выходного сумматора 20. М и далее на выход устройства. Кроме того, рассматриваемый сигнал также используется для формирования сигнального показателя качества U_c.When the radiation of RES N M appears at the first frequency position at time 3, the operation of frequency channel 5.1 of time-frequency processing unit 4 is similar. As a result, the received signal will follow through the first key 8, the power splitter 9 and the second key 10.M to the input of the Mth output adder 20. M and then to the output of the device. In addition, the considered signal is also used to form a signal quality indicator U _c .

Выше нами рассмотрена работа первого частотного канала 5.1 блока 4. Однако работа всех остальных частотных каналов 5.2-5.К ничем не отличается от рассмотренного выше алгоритма. Здесь символ К соответствует количеству приемных трактов (частотных каналов) и используемых РЭС с ППРЧ частот для передачи информации. В задачу элемента задержки 7 входит согласование моментов формирования управляющих сигналов и начала приема сигналов заданных РЭС. Above, we examined the operation of the first frequency channel 5.1 of block 4. However, the operation of all other frequency channels 5.2-5.K is no different from the algorithm considered above. Here, the symbol K corresponds to the number of receiving paths (frequency channels) and used RES with frequency hopping frequencies for transmitting information. The task of the delay element 7 is to coordinate the moments of formation of control signals and the beginning of the reception of signals of the given RES.

Claims

A multichannel adaptive radio receiving device comprising a series-connected weight summing unit and a time-frequency processing unit, the first and second inputs of which are connected respectively to the inputs of the evaluation signal of the useful and noise components of the input signals of the weighting unit, each of the N outputs of which is connected to a corresponding control input weight summing unit, to the summing inputs of which the outputs of N antenna elements are connected, while the information output q time-frequency processing unit is the first information output of the device, and the time-frequency processing unit contains a first output adder, the output of which is the first information output of the time-frequency processing unit, the first and second outputs of which are the outputs of the adder of the signal for evaluating the useful component of the input signals and adder signal evaluation of the interference component of the input signals, as well as K frequency channels, the inputs of which are connected and are the input of the frequency-time block variable processing, the first cyclic synchronization unit, consisting of a series-connected pulse adder, a temporary pulse selector and a pulse generator, the output of which is connected to the input of the reference pulses of the temporary pulse selector, each frequency channel containing a trigger and a band-pass filter, the input of which is the input of the frequency channel and the output of the bandpass filter through the delay element is connected to the input of the first key and through the amplitude detector to the inputs of the switch and the threshold element, the output to It is connected to the input of the pulse shaper, the output of the pulses corresponding to the leading edge of the input pulses of which is connected to the first input of the first element AND, the output of which is connected to the first input of the trigger, the second input of which is connected to the output of pulses corresponding to the trailing edge of the input pulses of the pulse shaper, and the output of the trigger connected to the control inputs of the first key and switch, while the first and second outputs of the switch of each frequency channel are connected to the corresponding inputs respectively Accordingly, the adder of the evaluation signal of the useful component of the input signal and the adder of the signal of the interfering component of the input signal, and the output of the pulses corresponding to the leading edge of the input pulses of the pulse shaper of each frequency channel is connected to the corresponding inputs of the pulse adder of the first block of clock synchronization, characterized in that in the time-frequency processing block M-1 cyclic synchronization blocks and M-1 output adders are introduced, and an adder, M-second keys, are entered into each frequency channel, -the second elements And, M waiting for multivibrators and a power splitter, to the input of which the output of the first key is connected, and M outputs of the power splitter are connected to the information inputs of the second keys, to the control inputs of which the outputs of the corresponding multivibrators are connected, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding second elements And while the outputs of the pulse generators of M digital synchronization units are connected to the M inputs of the adder and the first inputs of the second elements And, to the second inputs of which the output is connected d of the first element And, to the second input of which the output of the adder is connected, and the outputs M of the second keys of all K frequency channels are connected to the corresponding inputs of M output adders, and the output of the pulses corresponding to the leading edge of the input pulses of the pulse shaper of all K frequency channels is connected to the corresponding inputs of the pulse adder M-1 blocks of cyclic synchronization, and the outputs M-1 of the output adders are M-1 information outputs of the time-frequency processing unit and M-1 information outputs devices.