RU2037841C1 - Method of optimal detection of pulse signals with nonmodulated carrier frequency - Google Patents
Method of optimal detection of pulse signals with nonmodulated carrier frequencyInfo
- Publication number
- RU2037841C1 RU2037841C1 SU4919692A RU2037841C1 RU 2037841 C1 RU2037841 C1 RU 2037841C1 SU 4919692 A SU4919692 A SU 4919692A RU 2037841 C1 RU2037841 C1 RU 2037841C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- pulse
- noise
- carrier frequency
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации и в некоторых других системах радиосвязи для обнаружения сигналов в условиях воздействия помех, особенно флюктуационных. The invention relates to radio engineering and can be used in radar and in some other radio communication systems to detect signals under the influence of interference, especially fluctuation.
Цель изобретения повышение помехозащищености. The purpose of the invention is the improvement of noise immunity.
На фиг.1 приведена амплитудно-частотная характеристика оптимального фильтра (правая ветвь); на фиг.2 правая ветвь спектральной плотности шума; на фиг.3 структурная электрическая схема устройства, реализующего способ. Figure 1 shows the amplitude-frequency characteristic of the optimal filter (right branch); figure 2 the right branch of the spectral density of noise; figure 3 is a structural electrical diagram of a device that implements the method.
Устройство, реализующее способ, содержит усилитель промежуточной частоты (УПЧ) приемника 1, устройство задержки на интервал τк τи 2, усилитель, компенсирующий потери в устройстве задержки 3, сумматор 4, усилитель, нагруженный на квазиоптимальный фильтр 5, усилитель 6, детектор 7, решающее (пороговое) устройство 8, формирователь управляющих "обнулением" импульсов 9, устройство "обнуления" выходных цепей усилителей (5 и 6) 10.A device that implements the method includes an intermediate frequency amplifier (IFA) of
Предлагаемый способ заключается в следующем. The proposed method is as follows.
Известно, что способы оптимального обнаружения импульсных сигналов основаны на операциях согласованной со спектром сигнала линейной фильтрации или той или иной корреляционной обработки. В результате этих операций обеспечивается наибольшее отношение сигнал/шум (ОСШ), а отсюда наилучшее качество обнаружения сигнала по тому или иному вероятностному критерию. It is known that methods for the optimal detection of pulsed signals are based on the operations of linear filtering consistent with the spectrum of the signal or one or another correlation processing. As a result of these operations, the highest signal-to-noise ratio (SNR) is provided, and hence the best signal detection quality according to one or another probabilistic criterion.
Согласно известным теоретическим положениям этот оптимальный результат в линейной системе приемника полностью определяется достигаемым наивысшим ОСШ или энергетическим параметром процесса сигнал плюс флюктуационная помеха (шум), подвергающего оптимальной обработке,
q2= , (1) где Е энергия входного сигнала;
No const спектральная плотность (СП) шумовой помехи (односторонняя). При случайной амплитуде входного сигнала величины Е и q2 носят усредненный характер. Выражение (1) по сути соответствует ОСШ
ρ (2) в полосе пропускания приемника ΔF ; Pm 2Р пиковая мощность сигнала. В случае пассивной помехи отношение типа ρ на выходе резко повышается за счет обработки сигнала и помехи методами "сжатия" и СДЦ, но, естественно, зависит от уровня мощности этой помехи σп 2 на входе (подавление помехи ограничено некоторой величиной Кп).According to well-known theoretical principles, this optimal result in the linear receiver system is completely determined by the highest SNR or the energy parameter of the signal plus fluctuation interference (noise) that undergoes optimal processing,
q 2 = , (1) where E is the energy of the input signal;
N o const spectral density (SP) of noise interference (one-way). With a random amplitude of the input signal, the values of E and q 2 are averaged. Expression (1) essentially corresponds to SNR
ρ (2) in the receiver passband ΔF ; P m 2P peak signal power. In the case of passive interference, the ratio of the ρ type at the output sharply increases due to signal processing and the interference using the “compression” and SDC methods, but, of course, depends on the power level of this interference σ p 2 at the input (the suppression of the noise is limited to a certain value of K p ).
В современных условиях все возрастающих уровней помех все труднее обеспечить требуемую величину параметра q2. По сути в ряде применений технических возможности уже ограничены из-за невозможности создания передатчиков и антенно-фидерных трактов на большой уровень энергии и тем более пиковой мощности, габаритно-весовых ограничений и т.д. Поэтому повышение помехозащенности (ПЗ) за счет более эффективной обработки сигналов при их обнаружении является актуальным и целесообразным. Причем не только для преодоления указанных ограничений, но и в экономическом смысле (снижение стоимости, габаритов, мощности потребления и т.п.).In modern conditions of increasing levels of interference, it is increasingly difficult to provide the required value of the parameter q 2 . In fact, in a number of applications, technical capabilities are already limited due to the impossibility of creating transmitters and antenna-feeder paths to a large level of energy and, moreover, peak power, overall weight limitations, etc. Therefore, increasing noise immunity (PZ) due to more efficient processing of signals when they are detected is relevant and appropriate. And not only to overcome these limitations, but also in the economic sense (reduction in cost, size, power consumption, etc.).
Цель изобретения достигается введением дополнительных операций обработки сигнала при его обнаружении, основная часть которых составляет так называемое антикогерентное расширение принятого импульсного сигнала длительностью τи и соответствующая оптимальная (квазиоптимальная) фильтрация 1-го импульса совокупности расширенного в ν-кратное число раз входного сигнала. При этом обеспечиваются относительно более высокие требования к стабильности несущей частоты сигнала, что в конечном итоге компенсируется повышенной защищенностью к узкополосной и гармонической помехам.The purpose of the invention is achieved by introducing additional signal processing operations when it is detected, the main part of which is the so-called extension antikogerentnoe the received pulse signal and a duration τ and the corresponding optimal (quasioptimality) filtering the 1st pulse in the plurality of extended ν-multiple of the number of times the input signal. This ensures relatively higher requirements for the stability of the carrier frequency of the signal, which is ultimately offset by increased immunity to narrowband and harmonic interference.
В приемном тракте, включая УПЧ, обеспечивают избыточную полосу пропускания ΔF, исключающую существенные искажения принимаемого сигнала. Достаточно иметь
ΔF ≳ (3)
Этот избыток полосы (по сравнению с оценочной шириной спектра входного сигнала) необходим для последующего четкого формирования импульсного сигнала увеличенной длительности. На результирующую полосу линейной части приемника этот "излишек" не влияет, так как в оконечной части КФ (или оптимальный фильтр ОФ) обеспечивается полоса
ΔFк< ΔFос= 2ΔFc= 2 < ΔF, (4) где ΔFос основной спектр ВЧ импульсного сигнала с прямоугольной огибающей (соответствует главному лепестку спектра);
ΔFc оценочный спектр импульсного сигнала.In the receiving path, including the IF amplifier, provide an excess bandwidth ΔF, eliminating significant distortion of the received signal. Enough to have
ΔF ≳ (3)
This excess band (compared with the estimated width of the spectrum of the input signal) is necessary for the subsequent clear formation of a pulse signal of increased duration. This “surplus” does not affect the resulting strip of the linear part of the receiver, since a strip is provided in the end part of the CF (or optimal filter OF)
.DELTA.F to <ΔF a = 2ΔF c = 2 <ΔF, (4) where ΔF os the main spectrum of the HF pulse signal with a rectangular envelope (corresponds to the main lobe of the spectrum);
ΔF c is the estimated spectrum of the pulse signal.
Рассмотрим двукратное расширение сигнала (ν 2) с формированием двух следующих друг за другом импульсов одинаковой длительности. При этом начальная фаза второго импульса должна отличаться от конечной фазы первого на ϑ π. Именно в этом заключается "антикогерентность" 2-го импульса по отношению к 1-му. При условии сдвига по времени между ними на τк τи и равенстве целому числу d
fc ˙ τк d (5) где fc несущая частота сигнала, на стыке между импульсами не происходит скачок фазы (ϑ 0), так как в пределах τи τк укладывается целое число волн частоты fо. Поэтому для выполнения поставленной задачи формирования в 2 раза расширенного антикогерентного сигнала при выполнении условия (5) необходимы операции:
1) задержка исходного импульса длительностью τи и на величину τк= τи;
2) сложение исходного импульса с задержанным с инверсией с помощью инвертора в цепи задержанного импульса и сумматора.Consider the twofold expansion of the signal (ν 2) with the formation of two successive pulses of the same duration. In this case, the initial phase of the second pulse should differ from the final phase of the first by ϑ π. This is precisely the "anti-coherence" of the 2nd impulse with respect to the 1st impulse. Provided that the time shift between them to τ and τ equal and integer d
f c ˙ τ to d (5) where f c is the carrier frequency of the signal, there is no phase jump (ϑ 0) at the junction between pulses, since an integer number of waves of frequency f о fit within τ and τ k . Therefore, to fulfill the task of forming a 2-fold extended anticoherent signal when conditions (5) are fulfilled, the following operations are necessary:
1) the delay of the initial pulse of duration τ and and the value of τ to = τ and ;
2) the addition of the initial pulse with a delayed inversion using an inverter in the delayed pulse circuit and the adder.
Т.е. задержка и вычитание. Those. delay and subtraction.
Тот же результат формирования расширенного антикогерентного сигнала достигается без применения операции инверсии при несущей частоте сигнала, удовлетворяющей условию
fc·τк= d ± . (6)
Поскольку последний вариант несколько проще, следует его считать основным.The same result of the formation of an extended anticoherent signal is achieved without the use of an inversion operation at a carrier frequency of the signal satisfying the condition
f c · τ k = d ± . (6)
Since the latter option is somewhat simpler, it should be considered the main one.
Для определения ОСШ необходимо знание СП шума (помехи) после отмеченных операций. По форме СП на основании существующей теории оптимальной линейной фильтрации можно выбрать АЧХ ОФ или КФ. Однако в данном предложении подход к такому выбору получил существенное развитие, принципиально отличающееся от традиционного. To determine the SNR, knowledge of the SP noise (interference) after the noted operations is necessary. According to the shape of the joint venture, on the basis of the existing theory of optimal linear filtering, you can choose the frequency response of the optical frequency or CF. However, in this proposal, the approach to such a choice has received significant development, fundamentally different from the traditional one.
При операции задержки на τк и сложения (см. выше) образуется СП шума (помехи) на выходе сумматора, равная
nη(ω) 4nζ(ω)·cos 4Nocos (7)
Здесь nζ(ω) СП входного случайного стационарного процесса (помехи) ζ(t), равная в данном случае No cosnt. Результат (7), естественно, подтверждается экспериментально. Квадрат амплитудного спектра сигнала S(i ω), после тех же операций на выходе сумматоре также изменится по закону 4cos, что нетрудно показать. В общем это объясняется тем, что устройство задержки и сумматор, составляющие гребенчатый фильтр, в одинаковой степени преобразуют спектры сигнала и помехи. Поэтому и считается, что известное максимальное ОСШ ρт при линейной оптимальной (согласованной) фильтрации не ухудшается никаким другим фильтром по сравнению с ОФ (СФ)
ρт= (8)
Здесь S(iω) спектр исходного сигнала, в этом случае величина ρтсоответствует традиционной оптимальной фильтрации;
n'(ω) двухсторонняя СП на входе.During the operation of delay by τ k and addition (see above), a noise SP (noise) is formed at the output of the adder, equal to
n η (ω) 4n ζ (ω) cos 4N o cos (7)
Here, n ζ (ω) of the input random stationary process (noise) ζ (t) of the input process, which is equal in this case to N o cosnt. The result (7), of course, is confirmed experimentally. The square of the amplitude spectrum of the signal S (i ω), after the same operations at the output of the adder, will also change according to the law 4cos that is not difficult to show. In general, this is due to the fact that the delay device and the adder making up the comb filter transform the signal and interference spectra to the same extent. Therefore, it is believed that the known maximum SNR ρ t with linear optimal (matched) filtering is not degraded by any other filter compared to the OF (SF)
ρ t = (8)
Here S (iω) is the spectrum of the initial signal, in this case the value ρ t corresponds to the traditional optimal filtering;
n '(ω) two-way joint venture at the inlet.
Действительно, при умножении под интегралом числителя и знаменателя на K(iω) результат не меняется. При этом, естественно, речь идет об ОСШ на выходе сумматора для вновь образованного сложного сигнала, состоящего в данном случае из двух идентичных по форме импульсов, но с противоположными фазами (ϑ π) на стыке при τи τк.Indeed, when multiplied under the integral of the numerator and denominator by K (iω) the result does not change. In this case, of course, we are talking about the SNR at the output of the adder for the newly formed complex signal, consisting in this case of two identical in shape pulses, but with opposite phases (ϑ π) at the junction at τ and τ к .
Возникает вопрос, почему для оптимального обнаружения нужно обязательно учитывать именно совокупность этих двух раздельно существующих импульсов на выходе сумматора? Ведь фильтр в цепи выделения сигнала (КФ, ОФ) "не знает", что вслед за 1-м импульсом последует 2-й импульс. К моменту конца 1-го импульса (τк τи) на выходе будет максимальное напряжение, соответствующее согласованию фильтра с параметрами 1-го импульса. Это, кстати, четко следует из прямого физически четкого метода определения выходного напряжения фильтра метода интеграла Дюамеля, даже если учитывать всю последовательность обоих импульсов. Спектральный метод как математический прием, как раз это не выявляет, поскольку учитывает весь сложный сигнал в целом, не по частям, да к тому же, как правило, намного сложнее. Впрочем, если он применен корректно, не ограничен общими рассуждениями о спектре сигнала и полосе фильтра, т.е. доведен до определения временной функции Uвых(t), то картина прохождения сложного сигнала на выход фильтра должна быть такой же, что и при методике интеграла Дюамеля. Главное же то, что при принятом спектральном подходе упускается возможность определения оптимального ОСШ для моментов времени существования каждого из элементарных импульсов сложного сигнала, что соответствует принципу суперпозиции.The question arises, why, for optimal detection, it is necessary to take into account precisely the combination of these two separately existing pulses at the output of the adder? After all, the filter in the signal isolation circuit (CF, OF) does not “know” that the 2nd pulse will follow the 1st pulse. By the moment of the end of the 1st pulse (τ to τ and ), the output will have the maximum voltage corresponding to the matching of the filter with the parameters of the 1st pulse. This, by the way, clearly follows from the direct physically clear method for determining the filter output voltage of the Duhamel integral method, even if we take into account the entire sequence of both pulses. The spectral method, as a mathematical technique, just does not reveal it, since it takes into account the entire complex signal as a whole, not in parts, and besides, as a rule, it is much more complicated. However, if it is applied correctly, it is not limited to general considerations about the signal spectrum and filter band, i.e. adjusted to determine the time function U o (t), the picture of the passage of a complex signal to the filter output should be the same as with the Duhamel integral technique. The main thing is that with the adopted spectral approach, the opportunity to determine the optimal SNR for the times of existence of each of the elementary pulses of a complex signal is missed, which corresponds to the principle of superposition.
Определив пиковое напряжение (Umк) за счет 1-го импульса, вполне можно судить о возможностях и особенностях последующего обнаружения. При этом действие 2-го импульса (противофазного) вряд ли способствует получению в пределах 2-го импульса (τк.2 τк) большего пика, чем в пределах 1-го импульса, так как из-за противофазности 2-го импульса затухающие свободные колебания после 1-го в определенной степени гасятся (для фильтра типа резонансного LC-контура это точно следует, если частота сигнала равна резонансной частоте фильтра). В общем будем полагать, что пик выходного сигнала фильтра определяется 1-м импульсом и не зависит от последующего антикогерентного импульса, что соответствует расчетам и эксперименту.Having determined the peak voltage (U mk ) due to the 1st pulse, it is quite possible to judge the possibilities and features of subsequent detection. In this case, the action of the 2nd pulse (antiphase) is hardly conducive to obtaining a larger peak within the limits of the 2nd pulse (τ k .2 τ k ) than within the limits of the 1st pulse, since damped due to the antiphase of the 2nd pulse the free vibrations after the 1st are damped to a certain degree (for a filter such as a resonant LC circuit, this precisely follows if the signal frequency is equal to the resonant frequency of the filter). In general, we will assume that the peak of the filter output signal is determined by the 1st pulse and does not depend on the subsequent anticoherent pulse, which corresponds to calculations and experiment.
Что касается СП шума (помехи), то она (7), определенная введенными операциями, действует в любой момент, в течение которого действует процесс ζ(t) с учетом задержек. Т.е. (7) безусловно справедливо при стационарных помехах. As for the noise SP (noise), then it (7), determined by the introduced operations, acts at any moment during which the process ζ (t) takes into account delays. Those. (7) Certainly true for stationary interference.
На основании изложенного определим ОСШ ρ и АЧХ ОФ применительно к 1-му импульсу на выходе сумматора и шуму (7) согласно общему выражению (8)
π · :4cos2ωτи/2dω
· :2Nosin2ω′τи/2dω′ (9)
· dx C- ∞ Здесь ω ωк ω'; так как fc τк=d, то cos2 ω' τи/2 sin2 ω'τи/2; dω′ dx· ; τи τк.Based on the foregoing, we determine the SNR ρ and frequency response of the OF applied to the 1st pulse at the output of the adder and noise (7) according to the general expression (8)
π · :4 cos 2 ωτ and / 2 dω
· : 2N o sin 2 ω′τ and / 2 dω ′ (9)
· dx C - ∞ Here, ω ω to ω '; since f c τ k = d , then cos 2 ω 'τ and / 2 sin 2 ω'τ and / 2; dω ′ dx ; τ and τ to .
Результат (9) неожиданный и лишь теоретический. Главное ограничение нереализуемость ОФ с бесконечным усилением на отдельных частотах, да и шумы цепей сумматора и последующих цепей в принципе могут снизить эффект. Физический смысл результата (9) станет более понятным при применении КФ. The result (9) is unexpected and only theoretical. The main limitation is the unrealizability of OFs with infinite gain at individual frequencies, and the noise of the adder circuits and subsequent circuits can, in principle, reduce the effect. The physical meaning of the result (9) will become more clear when applying CF.
АЧХ ОФ определяется согласно выражению
Kоф(iω) C·l , (10) где S*(i ω) комплексно-сопряженный спектр сигнала;
to момент возникновения максимального напряжения на выходе ОФ (в данном случае to τи).The frequency response of the OF is determined according to the expression
K of (iω) C , (10) where S * (i ω) is the complex conjugate signal spectrum;
t o the moment of occurrence of the maximum voltage at the output of the OF (in this case t o τ and ).
Модуль АЧХ ОФ равен
Kоф(iω) C · :2Nosin2ω′τи/2
C C (10a)
Вид правой ветви этой АЧХ при С1 1 показан на фиг.1 в пределах Х 0.π. На частотах f 0, ± усиление теоретически должно быть бесконечным, что нереально. Для КФ практическое значение имеет полоса в области f' 0.The frequency response module of the equal to
K of (iω) C · : 2N o sin 2 ω′τ and / 2
C C (10a)
The view of the right branch of this frequency response at
Рассмотрим традиционный КФ с прямоугольной формой АЧХ. Его центральная частота настройки совпадает с частотой сигнала fc и центральной частотой полосы шума f' 0, удовлетворяющей (6). Правая ветвь СП шума (7) показана на фиг.2, где f' f fc. При этом зависимость СП от f' принимает вид
n (f') 4No sin2 π f' τк (11) Пунктиром показана правая граница КФ, полоса которого равна
ΔFк= βΔFк1; ΔFк1= (12)
ОСШ определяется как
ρп= Um· Si :2nη(f′)df′ (13)
Здесь максимальная амплитуда сигнала на выходе КФ зависит от величин ΔFк, τи, так как
Z πΔFк·τи= πβΔFк1τ πβ (14) (величина Si табулирована). В (13) nη (f') определяется (11) при плотности No как мощности на 1 Гц полосы. Из физических соображений и смысла вида АЧХ ОФ наибольшие значения ОTШ будут в области ΔFк_→ 0. Для малых аргументов z имеем
Si ≈ Поэтому
ρп= Um· · :2·4Nsin2πf′τиdf
(Umβ)2: in2xdx (Umβ)2: (15)
· q Здесь Um 2 τи 2Е. В пределе
m= mq2 ∞,(16) что соответствует ρ согласно (9) для ОФ. Повышение 1 достигается при весьма малых значениях β, т.е. рабочих полос КФ ΔFк= , например, при β= 0,01, ρп q2 30,4.Consider the traditional CF with a rectangular shape of the frequency response. Its central tuning frequency coincides with the signal frequency f c and the central frequency of the noise band f '0, satisfying (6). The right branch of the noise SP (7) is shown in figure 2, where f 'ff c . Moreover, the dependence of the joint venture on f 'takes the form
n (f ') 4N o sin 2 π f' τ to (11) The dotted line shows the right boundary of the CF, the strip of which is equal to
ΔF k = βΔF k1 ; ΔF k1 = (12)
SNR is defined as
ρ p = U m S i : 2 n η (f ′) df ′ (13)
Here, the maximum amplitude of the signal at the output of the CF depends on the values ΔF k , τ and , since
Z πΔF k · τ and = πβΔF k1 τ πβ (14) (the value of Si tabulated). In (13), n η (f ') is determined by (11) at a density of N o as a power per 1 Hz band. From physical considerations and meaning of the form of the frequency response of the OF, the highest values of the OTN will be in the region ΔF to _ → 0. For small arguments z we have
S i ≈ therefore
ρ p = U m · : 2 · 4N sin 2 πf′τ and df
(U m β) 2 : in 2 xdx (U m β) 2 : (fifteen)
· q Here U m 2 τ and 2Е. In the limit
m = m q 2 ∞, (16) which corresponds to ρ according to (9) for the OF.
Известный КФ при n(f') No имеет полосу
ΔFопт= (17)
При этом Umк 1,062 Um и
ρo= (1,062Um)2: No· 0,82 0,82q2 (18) что на 0,85 дБ ниже оптимального значения ОСШ ρт.Known CF at n (f ') N o has a band
ΔF opt = (17)
Moreover, U mk 1,062 U m and
ρ o = (1,062U m ) 2 : N o 0.82 0.82q 2 (18) which is 0.85 dB lower than the optimal SNR ρ t .
Таким образом, принимая соответственно малую величину β достигается ρп > ρт, тем более ρп>ρо.Thus, assuming a correspondingly small value of β, ρ p > ρ t is achieved, especially ρ p > ρ o .
Следует отметить, что при малых значениях ΔFк ˙ τи=β напряжение на выходе КФ практически пропорционально амплитуде входного напряжения Um лишь для ограниченных типов КФ например, для рассмотренного идеального, одно- и двухкаскадного типа резонансного LC-контура, однокаскадного на связанных LC-контурах (при двухгорбности с относительным уровнем впадины 0,7 и при критической связи), что следует из рассчитанных кривых установления напряжения на выходе КФ. В случае реальных типов КФ при многокаскадности и малых β выходные уровни сигнала (и шума) нелинейно зависят от входных уровней, и вопрос уменьшения роста ОСШ требует особых исследований. В общем при применении реальных типов КФ требуется расчет величины ОСШ, учитывающий их АЧХ.It should be noted that for small values of ΔF to ˙ τ and = β, the voltage at the output of the CF is practically proportional to the amplitude of the input voltage U m only for limited types of CF, for example, for the considered ideal, one- and two-stage type of resonant LC circuit, single-stage on coupled LC -contours (with two-humps with a relative level of the depression of 0.7 and with critical connection), which follows from the calculated curves for establishing the voltage at the output of the CF. In the case of real types of CF with multi-stage and small β, the output signal (and noise) levels nonlinearly depend on the input levels, and the question of decreasing the SNR growth requires special studies. In general, when applying real types of CF, it is necessary to calculate the SNR value, taking into account their frequency response.
Поскольку в качестве КФ используются относительно узкополосные фильтры, то, естественно, возникает вопрос о высокой частотной селективности (ЧС). В данном случае используется режим малых значений β ΔFк ˙ τи. В этом режиме, несколько известно, сохраняется ЧС при применении фильтров типа резонансного LC-контура, так как амплитуда устанавливающегося напряжения на выходе пропорциональна множителю 1/, где α затухание контура; Δω расстройка частоты сигнала ωсотносительно резонансной частоты контура ωр. ЧС многоконтурных фильтров, как известно, в полной мере проявляется при β 0,5.Since relatively narrow-band filters are used as KFs, the question naturally arises of the high frequency selectivity (ES). In this case, the mode of small values of β ΔF to ˙ τ and is used . In this mode, it is somewhat known that the emergency situation is preserved when applying filters such as a resonant LC circuit, since the amplitude of the established voltage at the output is proportional to the
Так как АЧХ простого кварцевого фильтра практически эквивалента АЧХ одиночного LC-контура (в отдельных применениях, естественно, могут быть использованы КФ типа резонансных LC-контуров), то с помощью такого КФ можно ожидать достижение относительно большого усиления на частоте ωc ωp и близости АЧХ к основной области АЧХ ОФ на частоте f'=0 при fc, соответствующей условию (6) (фиг.1). Это обусловит высокое ОСШ (ρк > ρт).Since the frequency response of a simple quartz filter is practically equivalent to the frequency response of a single LC circuit (in certain applications, QFs such as resonant LC circuits can be used), using this QF, we can expect a relatively large gain at a frequency ω c ω p and the proximity of the frequency response to the main region of the frequency response of the OF at a frequency f '= 0 at f c corresponding to condition (6) (Fig. 1). This will cause a high SNR (ρ to > ρ t ).
Получение роста ОСШ (ρп > ρт) возможно и при формировании многопарной последовательности примыкающих друг к другу антикогерентных сигналов (ν>2) и выборе частоты сигнала fc согласно (6). Однако исследование этой возможности показало ее относительно меньшую эффективность, чем при ν= 2 (по значению величины ρп при той же величине ΔFк). Поэтому случай ν> 2 не рассматривается.Obtaining the growth of SNR (ρ p > ρ t ) is also possible when forming a multi-pair sequence of adjacent anti-coherent signals (ν> 2) and choosing the signal frequency f c according to (6). However, the study of this possibility showed its relatively lower efficiency than when ν = 2 (by the value of ρ p for the same value of ΔF k ). Therefore, the case ν> 2 is not considered.
С выхода УПЧ приемника 1, полоса пропускания ΔF которого (как и последующих цепей 2, 3 и 4) соответствует условию (3), рабочий импульсный сигнал длительностью τи на промежуточной частоте fкпоступает на устройство задержки 2 и сумматор 4. Устройство задержки, практически не искажая импульсный сигнал, задерживает его на время τк τи. Величина τк и частота сигнала fcдолжны удовлетворять условию (6). В этом случае поступающий на сумматор 4 задержанный ВЧ импульс будет отличаться по начальной фазе от фазы конца незадержанного импульса на ϑ=π.From the output of the amplifier of the
Стабильность задержки и частоты fc определяет точность совмещения частоты сигнала с центром шумовой "ямы" СП шума (7). Так, если τи τк 10-6 с, то ширина между гребням этой СП Δfг= ΔFк1 1/τк 106 Гц. При β= ΔFк τи 0,01, т.е. при ΔFк β ΔFк1 104 Гц стабильность и точность задержки τк и частоты fc 5 ˙ 10-5 соответствует 5·10-5. Изменение частоты Δfс 50 Гц и частоты центра "ямы" СП шума на 5·10 25 Гц весьма незначительны по отношению к полосе КФ ΔFк=104 Гц, что практически не повлияет на эффективность достижимую величину ОСШ. Величин 5 ˙ 10-5 легко достижима при кварцевой стабилизации частоты fc (на всех этапах) и при применении в устройстве задержки ультразвуковой ЛЗ на кварце. Требование к стабильности может быть снижено, так как реальная избирательность КФ при β<< 1 остается на уровне полосы порядка 1/τи. Термостабилизация не требуется при установочной точности и температурном коэффициенте 10-6.The stability of the delay and frequency f c determines the accuracy of combining the frequency of the signal with the center of the noise “well” of the SP noise (7). So, if τ and τ to 10 -6 s, then the width between the ridges of this joint venture is Δf g =
В цепи суммирования задержанного импульса для компенсации потерь в УЛЗ используется усилитель 3 (неинвертирующий). Следует отметить, что регулировка усиления этого усилителя (не инвертирующего фазу сигнала) предназначена выравнивать интенсивности ζ (t) и ζ (t- τк), чтобы правильно (с "нулем") сформировать СП n (ω) (7)
С выхода сумматора 4 пара антикогерентных импульсов поступает на усилитель 5, нагруженный на КФ. Полоса пропускания КФ ΔFк в общем выбирается из требуемого отношения β ΔFк: ΔFк·τи для обеспечения нужного значения ОСШ с учетом конкретного вида АЧХ КФ. Тип КФ должен удовлетворять требованию пропорциональности амплитуды выходного напряжения при малых β Umвых Um ˙ A ˙ ΔFк ˙ τи, где А коэффициент пропорциональности. Если в качестве КФ используется простой кварцевый резонатор (работающий на основной гармонике), то, как известно, номинал частоты fc ≅ 9.10 МГц. Применение кварца гарантирует высокую стабильность его резонансной частоты fp fc, что важно ввиду малости полосы ΔFк << f c. Кроме того, такое состояние требует очень большого значения Q fp ΔFк, что как раз и может быть удовлетворено в КФ на базе кварцевого резонатора. Так, при fс 10 МГц и ΔFк 104 Гц Q 1000.Amplifier 3 (non-inverting) is used in the delayed pulse summation circuit to compensate for losses in the ULZ. It should be noted that the gain control of this amplifier (which does not invert the phase of the signal) is intended to equalize the intensities ζ (t) and ζ (t- τ к ) in order to correctly form (with "zero") SP n (ω) (7)
From the output of the
С выхода КФ 5 сигнал (с относительно подавленными шумами, см, например, (15), для реальной АЧХ кварцевого КФ результат может быть даже более высокий, если усиление на частоте fс будет очень высоким) поступает на усилитель, согласованный для работы с детектором 7. Полоса пропускания усилителя много шире полосы ΔFк КФ 5 с целью реализации его нагрузки на простом LC-контуре исключения влияния на результирующую полосу пропускания, определяемую ΔFк, и пропускания сигнала с нарастающей амплитудой сигнала длительностью τи. Т. е. ΔFу≈ . Полоса цепей нагрузки детектора 7, естественно, должна соответствовать не ΔFк, а ΔFу. При этом следует иметь в виду, что из-за малого эквивалентного коэффициента затухания контура кварцевого КФ α π ˙ ΔFк "хвост" свободных колебаний после прохождения через него пары антикогерентных импульсов сигнала будет относительно затянут по закону e для узкополосных цепей. Т.е. сказанное выше о широкой полосе (ΔFу) усилителя и детектора ( ≳ Fу) обусловлено необходимостью не ослабить амплитуду нарастающего по фронту 1-го сигнала на выходе КФ 5 сформированной пары импульса на выходе сумматора 4.From the output of
С детектора 7 сигнал поступает на решающее (пороговое) устройство 8, настроенное, например, на нужную вероятность ложной тревоги по критерию Неймана-Пирсона. From detector 7, the signal arrives at a decisive (threshold)
С выхода решающего устройства 8 сформированный им стандартный импульс нужной амплитуды и длительности идет в канал обработки принятой информации (целевой для конкретных систем связи) и на формирователь управляющих "обнулением" импульсов 9. Последний в свою очередь формирует управляющие импульсы нужной полярности, амплитуды и длительности (порядка τи), которые посредством устройства "обнуления" выходных цепей КФ 5 и усилителя 6 после срабатывания решающего устройства 8 гасят свободные колебания контуров каскадов 5 и 6 за время длительности управляющих импульсов. После этого рассмотрения схемы реализации предложенного способа становится снова готовой к обработке следующего рабочего входного сигнала длительностью τи. В целом это время составит порядка 2 τи, что почти не уменьшает реальную пропускную способность (СП) аппаратуры системы связи. Таким образом, наличие в данном способе при его реализации узкополосных цепей не влияет на ПС.From the output of the resolving
Заметим, что вместо обычного детектора огибающей 7 возможно использование коррелятора (при известной начальной фазе сигнала) или квадратурного коррелятора при неизвестной фазе. В этом случае узкополосный КФ используется в выходных видеоцепях коррелятора. КФ может быть построен на L- и С-элементах. Однако при этом труднее выполнить многоканальные (по частотам fс) аппаратурные системы, увеличиваются габариты.Note that instead of the usual envelope detector 7, it is possible to use a correlator (with a known initial phase of the signal) or a quadrature correlator with an unknown phase. In this case, the narrow-band CF is used in the output video chains of the correlator. CF can be built on L- and C-elements. However, it is more difficult to perform multi-channel (in frequencies f s ) hardware systems, the dimensions are increasing.
Из изложенной сути способа оптимального обнаружения сигнала на фоне флюктуационных помех следует, что помехой может быть и флюктуационная помеха типа пассивной, "небелая" (по равномерности спектра) и не обязательно с нормальным распределением. При определенных ограничениях по скорости и длительности изменения интенсивности (мощности) это может быть и нестационарная помеха. It follows from the essence of the method of optimal signal detection against fluctuation noise that the interference can also be a fluctuation noise of the passive type, “non-white” (in terms of spectral uniformity) and not necessarily with a normal distribution. Under certain restrictions on the speed and duration of changes in intensity (power), this can be an unsteady interference.
Claims (1)
где d целое число;
fс несущая частота сигнала,
суммируют незадержанный и задержанный сигналы с последующей фильтрацией в квазиоптимальном фильтре, полоса пропускания ΔFк которого удовлетворяет условию
ΔFк≪ 1/τи,
а центральная частота fp fс.METHOD FOR OPTIMUM DETECTION OF PULSE SIGNALS WITH AN UNMODULATED CARRIER FREQUENCY, at which the signal is received, it is optimally or quasi-optimally filtered, the envelope is extracted, compared with the threshold level and, when the threshold level is exceeded, the signal is distinguished, which, in order to increase the noise, provides noise the excess passband ΔF of the receiver compared to the width of the main spectrum of the pulse signal of duration τ and the received signal is delayed for a time τ k = τ and when the condition
where d is an integer;
f with the carrier frequency of the signal,
summarize the delayed and delayed signals, followed by filtering in a quasi-optimal filter, the passband ΔF to which satisfies the condition
ΔF to ≪ 1 / τ and ,
and the center frequency f p f s .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4919692 RU2037841C1 (en) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Method of optimal detection of pulse signals with nonmodulated carrier frequency |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4919692 RU2037841C1 (en) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Method of optimal detection of pulse signals with nonmodulated carrier frequency |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2037841C1 true RU2037841C1 (en) | 1995-06-19 |
Family
ID=21565329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4919692 RU2037841C1 (en) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Method of optimal detection of pulse signals with nonmodulated carrier frequency |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2037841C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2498340C1 (en) * | 2012-04-06 | 2013-11-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК" | Method of stabilising false alarm probability |
RU2502084C2 (en) * | 2011-11-18 | 2013-12-20 | Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП-НЗиК") | Method of stabilising false alarm probability and device for realising said method |
RU2694451C2 (en) * | 2017-12-07 | 2019-07-15 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Device for measuring amplitude-phase noise of microwave radio-pulse signal sources with high duty cycle of transmitters of high-coherence detection and communication systems |
-
1991
- 1991-03-15 RU SU4919692 patent/RU2037841C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. М.: Сов. радио, 1963, с.58-60. * |
2. Ширман Я.Д. , Голиков В.Н. Основы теории обнаружения радиолокационных сигналов и измерения из параметров. М.: Сов. радио, 1963, с.94-95, 142-143. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502084C2 (en) * | 2011-11-18 | 2013-12-20 | Открытое акционерное общество "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" (ОАО "НПО НИИИП-НЗиК") | Method of stabilising false alarm probability and device for realising said method |
RU2498340C1 (en) * | 2012-04-06 | 2013-11-10 | ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НИИ измерительных приборов-Новосибирский завод имени Коминтерна" /ОАО "НПО НИИИП-НЗиК" | Method of stabilising false alarm probability |
RU2694451C2 (en) * | 2017-12-07 | 2019-07-15 | Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" | Device for measuring amplitude-phase noise of microwave radio-pulse signal sources with high duty cycle of transmitters of high-coherence detection and communication systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4475214A (en) | CW Interference cancelling sytem for spread spectrum signals utilizing active coherent detection | |
CA1198167A (en) | Cw interference cancelling system for spread spectrum signals | |
US4323864A (en) | Binary transversal filter | |
KR100677684B1 (en) | Apparatus and method of searching for known sequences | |
RU2037841C1 (en) | Method of optimal detection of pulse signals with nonmodulated carrier frequency | |
Simon | Detection of harmonic burst signals | |
Kaasila et al. | Bit error probability of a matched filter in a Rayleigh fading multipath channel | |
RU179509U1 (en) | Correlation Filter Detector | |
EP0233713B1 (en) | Adaptive filter | |
RU2082988C1 (en) | Process of optimal detection of pulse signals with unmodulated carrier frequency | |
SU1343555A1 (en) | Polyfrequency signal receiver | |
RU2092975C1 (en) | Method for processing of random number sequences | |
RU1841040C (en) | Device to assess radio pulse-modulated frequency | |
RU2071066C1 (en) | Method for spectral analysis of signals | |
RU2072633C1 (en) | Space-modulated radio communication line | |
RU2157049C1 (en) | Device for compensating noise in broad band receivers | |
SU143435A1 (en) | The method of suppressing impulse noise when receiving amplitude-modulated signals | |
RU2188503C1 (en) | Noise compensating device | |
RU2204202C2 (en) | Device for suppressing broadband phase-keyed noise | |
RU2142196C1 (en) | Device for noise suppression for receivers of wide-band signals | |
Carter et al. | Fine-search synchronisation for a switching satellite | |
US5994952A (en) | Narrow band-pass interferometric filter having enhanced operational characteristics | |
SU73332A1 (en) | Method for partial compensation of residual non-stationary processes | |
SU1075435A1 (en) | Regenerator of binary linear signal | |
RU2040857C1 (en) | Adaptive device for detecting and tracing delay of wide- band signal |