Принцип корреляционного приема сигналов.

Собственные шумы усилителей, как известно, ограничивают возможности обнаружения слабых сигналов. Однако, как показано в [1] построение усилительного тракта по так называемой корреляционной схеме позволяет в значительной степени избавиться от этих шумов. Изучению этого вопроса и посвящена данная работа.

Структура корреляционного усилителя (КУ) (рис.1) - двухканальная в усилительной части, далее одноканальная. Корреляционный усилитель содержит два обычных линейных усилителя У1 и У2 с регулируемым коэффициентом усиления, перемножитель напряжений П, интегратор И и выходной измерительный прибор ИП. Кроме того имеется ряд вспомогательных блоков и устройств, предназначенных для более полного исследования КУ таких, как генераторы шума ГШ1 и ГШ2, фазорасщепительный блок , сигнальные гнезда Г1*Г7 и ключи К1*К6.

Чтобы убедиться в справедливости вышеизложенных утверждений, проследим пути преобразования входного сиг-нала и шумов в КУ. Предположим, что входы обоих усилителей разомкнуты и на них поступают полезные сигналы U1 и U2. На эти же входы поступают приведенные собственные шумы усилителей Uш1 и Uш2, соответственно. Таким образом на входах усилителей У1 и У2 будут действовать напряжения:

U3 = U1 + Uш1,

U4 = U2 + Uш2. (1)

Обозначив через К1 и К2 коэффициенты усиления усилителей У1 и У2, соответственно, на выходах последних будем иметь:

U5 = К1 ( U1 + Uш1 ),

U6 = К1 ( U2 + Uш2 ) . (2)

Эти напряжения поступают на входы перемножающего устройства. Выходной сигнал блока П будет иметь вид

U7 = К1 К2 ( U1 U2 + U1Uш2 + U2Uш1 + Uш1Uш2 ) . (3)

После прохождения этого сигнала через усредняющее устройство (интегратор) все слагаемые в (3) кроме первого (при условии, конечно, что U1 и U2 - это один и тот же полезный сигнал) обратятся в нуль, т.к. взаимокорреляцион-ные функции независимых процессов, к числу которых относятся Uш1,Uш2 и их произведение с U1 и U2, равны нулю.[2]

Часто входы подобных усилителей объединяют, когда источник сигналов один, и в этом случае U1 * U2, так что индикатор выхода дает отклонение, пропорциональное К1К2 . Но бывает, что вход каждого усилителя подключен к своему источнику сигнала, например при радиоприеме на разнесенные антенны. Но в этом случае все вышесказанное остается справедливым, т.к. принимаемые сигналы могут быть разной амплитуды, иметь сдвиг фаз, но спектр их идентичен, если принимается сигнал от одного источника, следовательно и взаимокорреляционная функция будет ненулевой. Рассмотренный выше способ регистрации сигнала, замаскированного шумами, обладает тем недостатком, что в выходной сигнал

U8 = К1К2 (4)

входят характеристики тракта К1,К2 (строго говоря, входит также коэффициент передачи перемножающего устройства и др.), а так как они обладают нестабильностью, то подобные усилители время от времени необходимо калибровать по эталонному сигналу. Поскольку процессы измерения и калибровки разнесены во времени и учитывая непрерывность дрейфа параметров тракта КУ, высокой точности при такой схеме добиться трудно. Гораздо проще совместить процесс измерения сигнала и калибровки. Для этого калибровочный сигнал необходимо ввести в оба линейных усилителя, но в противофазе. Он претерпит тот же цикл преобразований, что и полезный сигнал и поступит на вход индикатора ИП в таком же как (4) виде, но со знаком минус и вызовет отклонение стрелки индикатора в сторону, противоположную отклонению от полезного сигнала. Если уровень калибровочного и полезного сигналов равны, то индикатор установится на нуль, и если эти уровни не меняются, а меняется коэффициент передачи тракта КУ, это сказывается одинаковым образом на передаче полезного и калибровочного сигналов и баланс ИП не нарушается. Таким образом мерой полезного сигнала будет служить уровень калибровочного сигнала, а ошибки от нестабильностей тракта исключаются.