2_7 (лекции по УППС (УПОС)), страница 2

x_n-1(t) = U_Cm sin[(_С + )t + _n-1], (n – 1)T_C  t  nT_C.

При вычислении выходного напряжения коррелятора U [] учтем, что посылка x_n-1(t) после совмещения ее во времени с посылкой x_n(t) (с помощью линии задержки на время  = T_C) примет вид

x_n(t) = U_Cm sin[(_С + )(t + ) + _n-1].

Тогда U []  0,5 U_Cm T_C cos (_n – _n-1 + ).

Следовательно, результат обработки сигнала зависит от случайного изменения частоты , и если  > 0,5 T_C, то в соответствии с (2.9) знак U [] изменяется и в фиксируемом сообщении произойдет ошибка. Поэтому для такой системы р_0ФРМ-1  invar .

В системе с ФРМ-2 информация заложена во вторую разность фаз

₂ = (_n+1 – _n ) – (_n – _n-1).

Структурная схема приемного решающего устройства – рис. 2.4. Отсчет напряжения на выходе интегратора пропорционален

cos(_n – _n-1) и sin(_n – _n-1);

остальные элементы схемы вычисляют значение cos₂. Такой приемник реализует алгоритмы обработки трех последовательных посылок сигнала x_n-1, x_n, x_n+1:

U [] = sign (X_nX_n-1 + Y_nY_n-1),

Где X_n = x_n+1(t) x_n(t) dt; X _n-1 = x_n(t) x _n-1(t) dt;

Y_n = x_n+1(t) x^*_n(t) dt; Y _n-1 = x_n(t) x^*_n-1(t) dt.

Здесь символ «*» означает преобразование Гильберта.

U [x(t)] = 0,5 U_Cm T_C cos ₂ = invar .

Плата за инвариантность – усложнение аппаратуры и снижение помехоустойчивости к аддитивным помехам.

2.8.3 Адаптивные системы радиосвязи. Адаптация – процесс изменения структуры системы радиосвязи или/и ее параметров на основе текущей информации об обстановке в канале с целью достижения требуемого качества приема сообщений при априорной неопределенности сведений о помехах в изменяющихся условиях работы. Адаптация обеспечивает расширение инвариантности системы связи к помехам. Пример адаптивной симплексной радиолинии показан на рис. 2.5.

Процесс передачи сообщений – это последовательность преобразования сигналов, источника S(t) в радиопередатчике РПдУ₁, среде распространения и радиоприемнике РПрУ₂, описываемых соответствующими операторами ₁,  и ₂. К получателю поступает

Ŝ(t) = ₂ < {₁ [S(t)]}

– оценка сигналов S(t) с учетом влияния помех n(t), нелинейности функциональных элементов канала, запаздывания исполнения команд управления, посылаемых со станции 2 на станцию 1 по обратному (вспомогательному – командному) каналу. Оператор среды  — объективно независимый, и его влияние можно ослабить только целенаправленным изменением операторов ₁ и ₂. Сложность реализации этих операторов, обеспечивающих близость оценки Ŝ(t) к сигналу S(t), зависит от полноты совокупности сведений об операторе  и степени их использования. Соответствующие функции выполняет анализатор помеховой обстановки (АПО), который оценивает параметры принимаемого колебания z(t) и формирует сигнал y(t), несущий сведения о помеховой обстановке. По сигналу y(t) управляющее устройство УУ₂ вырабатывает сигналы управления РПрУ₂ и командные сигналы (t) управления РПдУ₁ посылаемые по командному (служебному) каналу. Решение о функционировании системы может выноситься на передающей (системы с информационной ОС) или на приемной (системы решающей ОС) стороне.

В диапазоне ВЧ получили распространение частотно-адаптивные радиолинии (ЧАР) с изменяющейся присвоенной частотой. С этой целью все множество рабочих частот разбивается на частотные группы (ЧГ), равноудаленные друг от друга. Обычно ЧАР службы связи и вещания имеют 8…10 таких групп по 5…10 рабочих частот в каждой. При этом характерны два режима функционирования ЧАР – смена частот в пределах частотной группы и смена самих ЧГ. Первый режим соответствует адаптации к быстрым замираниям и узкополосным помехам, второй – к медленным замираниям и широкополосным помехам.

Из всех известных алгоритмов функционирования ЧАР наибольшее распространение получил экстремально-пороговый алгоритм, который сводится к выбору частоты, на которой обеспечивается наибольшее среднее время работы при вероятности ошибки p₀  p_0Д. Для оценивания ЭМО в информационном канале в АПО используются автоматизированные панорамные РПрУ. Запаздывание исполнения команд управления и их искажение вызывают ошибки двух видов – переключение радиолинии на частоту, на которой не обеспечивается приведенное выше условие, что может сопровождаться появлением пакетов ошибок, и простой пригодного частотного канала, что снижает оперативность связи. Поэтому управление частотами целесообразно осуществлять по прогнозируемым значениям h_С², а в командном канале использовать помехоустойчивые коды.

Частотно-адаптивные радиолинии могут работать в автономном режиме и с централизованным управлением. Автономный режим усложняет процедуру присвоения частот при высокой засоренности диапазона станционными помехами, затрудняет обеспечение электромагнитную совместимость (ЭМС) с неадаптивными радиолиниями. Объединение нескольких ЧАР в группу, присвоение ей общей полосы частот и централизованное управление сменой частот в радиолиниях группы позволяют более экономно расходовать частотный ресурс и улучшают ЭМС с адаптивными радиолиниями. Во всех случаях в РПрУ должны осуществляться беспоисковое вхождение в связь и бесподстроечное ее ведение.

Адаптация в РПрУ. Функциональные элементы с адаптивным управлением в РПрУ: антенны с пространственной обработкой сигналов, компенсаторы помех в тракте радиочастоты и УПЧ, мажоритарные модуляторы составных сигналов, демодуляторы цифровых сигналов с робастными алгоритмами обработки.

Принцип действия адаптивного компенсатора помех иллюстрируется рисунком 2.6.

Адаптивная весовая обработка заключается в суммировании всех п параллельных каналов приема с учетом их шумовых весов – в формировании выходного сигнала

u_C(t) = q_i u_Ci(t).

Такая обработка реализуется в корректорах ФЧХ канала и в адаптивных п-элементных антенных решетках.

Адаптивные поляризационные компенсаторы эффективны, когда помеха перекрывается с сигналом по частоте и времени и попадает на вход РПрУ по основному лепестку диаграммы направленности антенны. Такие компенсаторы содержат антенную решетку из биортогональных элементов с устройством суммирования и обеспечивают подавление помех на 10...15 дБ.

Адаптивные демодуляторы дискретных цифровых сигналов обычно выполняются на корреляторах либо на согласованных фильтрах. В первом случае основная техническая задача заключается в формировании когерентных опорных сигналов, во втором – в реализации фильтра с малыми потерями. Обычно известна точно только несущая частота посылок, а начальная фаза оценивается с погрешностью, задаваемой системой ФАПЧ, с помощью которой из принимаемого колебания формируется опорный сигнал. Поиск и захват несущей частоты осуществляются системой ЧАПЧ – такие демодуляторы называются квазикогерентными.

Для приема дискретных фазомодулированных (фазоманипулированных (ФМн)) сигналов известны различные схемы формирования опорного напряжения, которые на высоких промежуточных частотах могут оказаться недостаточно эффективными, и в УПЧ необходимо применять быстродействующую автоматическую регулировку усиления (БАРУ). Современные адаптивные квазикогерентные демодуляторы ФМн (PSK) сигналов не содержат системы БАРУ и АО на входе, но имеют высокие показатели.

Полоса пропускания цепи обратной связи выбирается шире спектра сигнала. Поэтому она работает как малоинерционная АРУ и стабилизирует уровень колебаний на входе генератора опорных колебаний. Это ослабляет влияние замираний в канале на величину фазового рассогласования , вносимого начальной расстройкой генератора опорных колебаний.

Робастные методы обработки сигналов применяются в задачах обнаружения, оценивания и кодирования сигналов в системах связи и вещания при распознавании образов и др. Робастный подход полезен, когда необходимо учитывать снижение эффективности оптимальных процедур обработки из-за отклонения реальных значений параметров сигналов и помех от априорной модели. Оптимальные алгоритмы обработки чувствительны к таким отклонениям и неустойчивы в сложной электромагнитной обстановке (ЭМО) при появлении в канале комплекса помех с различными законами распределений параметров. Робастные алгоритмы обладают высокой эффективностью в номинальных условиях.

2.9 СПОСОБЫ ОСЛАБЛЕНИЯ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ К ПОМЕХАМ

Технические меры защиты РПрУ от помех: экранирование элементов, фильтрация в цепях питания, заземление, ослабление электромагнитных связей между проводниками, искрогашение в контактных устройствах.

2.9.1 Экранирование элементов радиоприемников. Электромагнитный экран ослабляет поля излучений внешних источников в пределах определен-ной зоны. Экранирование применяется для отдельных элементов, функциональных узлов и блоков радиоаппаратуры. В зависимости от материала и конструкции экраны по-разному ослабляют электрическую и магнитную составляющие поля – различают электростатические, магнитостатические и электромагнитные экраны.

Характер поля помех в данной точке пространства зависит от типа источника (электрический или магнитный диполь) и его удаления R_H от рецептора. В дальней зоне излучения (R_H   100, где  =  – волновой параметр) характеристические сопротивления среды при электрическом Z_E и магнитном Z_H диполе практически совпадают, и экран одинаково ведет себя относительно обоих полей. В ближней зоне излучения (R_H   < 0,01) роль магнитной составляющей с понижением частоты падает, что сопровождается ростом Z_E, а при f = 0 поле становится электростатическим. Для магнитного диполя имеем обратную картину, и при f = 0 поле становится магнитостатическим.

Электростатическое экранирование – замыкание силовых линий поля источника на поверхность экрана и отвод наведенных зарядов на массу – эффективно устраняет емкостные связи. Магнитостатическое экранирование основано на замыкании силовых линий поля в толщине материала экрана, обладающего повышенной магнитной проницаемостью. С ростом частоты в стенках экрана; возникают вихревые токи, поле вытесняется из толщи экрана в его наружный слой – экран переходит в электромагнитный режим.

Экраны выполняются из металлов (медь, латунь, сталь, алюминий), а также из ферромагнитных материалов (пермаллой, -металл). Они могут быть одно- и многослойными, сплошными и перфорированными, сетчатыми. Для снижения массы и повышения температурной стойкости экранов их часто изготавливают из сплавов алюминия и магния, легированных марганцем и цинком. При жестких требованиях к эффективности и массогабаритным показателям экраны выполняют многослойными в виде чередующихся слоев из немагнитных (наружный слой) и магнитных материалов, например: медь-сталь-медь, алюминий-сталь-алюминий. С этой же целью применяются пластмассы, керамика, слюда с металлизированным покрытием, наносимым напылением, а также металлические сетки, заформованные в неопрене или резине.

Особое внимание необходимо уделять экранированию катушек индуктивности, трансформаторов, интегральных микросхем (ИМС). Платы с ИМС должны иметь общие экраны. В узлах аппаратуры с помехообразующими элементами целесообразно применять ИМС с металлостеклянными или металлокерамическими корпусами. Сплошные и двухслойные металлические оболочки коаксиальных кабелей обеспечивают эффективность экранирования более 40 дБ. Металлические оплетки из проволоки или ленты, используемые для экранирования межблочных соединительных линий, обеспечивают в диапазоне частот 20...200 кГц эффективность экранирования 40...60 дБ.