RU2429494C1 - Detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies - Google Patents

Detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies Download PDF

Info

Publication number
RU2429494C1
RU2429494C1 RU2010124535/28A RU2010124535A RU2429494C1 RU 2429494 C1 RU2429494 C1 RU 2429494C1 RU 2010124535/28 A RU2010124535/28 A RU 2010124535/28A RU 2010124535 A RU2010124535 A RU 2010124535A RU 2429494 C1 RU2429494 C1 RU 2429494C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
detection threshold
detection
spectrum
radio signals
band
Prior art date
Application number
RU2010124535/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Александрович Нохрин (RU)
Олег Александрович Нохрин
Игорь Евгеньевич Калмычков (RU)
Игорь Евгеньевич Калмычков
Вячеслав Викторович Печурин (RU)
Вячеслав Викторович Печурин
Original Assignee
Олег Александрович Нохрин
Игорь Евгеньевич Калмычков
Вячеслав Викторович Печурин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Александрович Нохрин, Игорь Евгеньевич Калмычков, Вячеслав Викторович Печурин filed Critical Олег Александрович Нохрин
Priority to RU2010124535/28A priority Critical patent/RU2429494C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2429494C1 publication Critical patent/RU2429494C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering. ^ SUBSTANCE: essence of detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies consists in performance of analogue-to-digital conversion of broad-band input process (BIP), accumulation of complex BIP readouts and in-series formation of samplings with BIP readouts, calculation of amplitude spectrum of formed sampling with BIP readouts, calculation of detection threshold value for each component part of amplitude spectrum as sum of smoothed estimate of spectrum in weighing window sliding along frequency axis and function from their mean-square deviation, comparison of amplitudes of spectrum component parts with detection threshold value, storage of comparison results of amplitudes of spectrum components with detection threshold value, taking the decision on detection of radio signals in investigated frequency band on the basis of majority processing of stored comparison results of amplitudes of spectrum components with detection threshold value, which were obtained at analysis of six in-series taken samples with BIP readouts, and output of detection results. ^ EFFECT: reducing the influence of signal-interference environment. ^ 7 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в средствах радиосвязи для обнаружения кратковременных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio communications to detect short-term radio signals in the frequency band exceeding the width of their spectrum by four times or more.

Известен способ выделения дискретных составляющих в спектре сигнала [патент РФ №2331893, МПК G01R 23/16. Способ выделения дискретных составляющих в спектре сигнала и устройство для его осуществления [Текст] / Гарин В.Ю., Овсянников В.Н., заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н.Крылова» - №2006138732/28, заявл. 02.11.2006, опубл. 20.08.2008.], включающий узкополосный спектральный анализ сигнала, формирование порогового уровня спектра, сглаживание спектра, формирование порога обнаружения как суммы спектральных составляющих сглаженного спектра с пороговым уровнем и выделение спектральных составляющих, превышающих порог обнаружения.A known method of separating discrete components in the spectrum of the signal [RF patent No. 2331893, IPC G01R 23/16. The method of separation of discrete components in the spectrum of the signal and the device for its implementation [Text] / Garin V.Yu., Ovsyannikov V.N., applicant and patent holder Federal State Unitary Enterprise “Central Scientific Research Institute named after Academician A.N. Krylov” - No. 2006138732/28, declared November 2, 2006, publ. 08/20/2008.], Including narrow-band spectral analysis of the signal, the formation of the threshold level of the spectrum, smoothing the spectrum, the formation of the detection threshold as the sum of the spectral components of the smoothed spectrum with a threshold level and the selection of spectral components that exceed the detection threshold.

Недостатками данного способа является снижение вероятности правильного обнаружения (РПО) при увеличении динамического диапазона амплитуд дискретных составляющих спектра в исследуемой полосе частот. Данный недостаток обусловлен тем, что постоянная величина порогового уровня, используемая при расчете порога обнаружения, является одинаковой для всех составляющих спектра, что при наличии в исследуемой полосе частот дискретных составляющих спектра с большой амплитудой приводит к пропуску дискретных составляющих спектра с малой амплитудой.The disadvantages of this method is the reduction in the probability of correct detection (R software ) with increasing dynamic range of amplitudes of the discrete components of the spectrum in the studied frequency band. This drawback is due to the fact that the constant value of the threshold level used in the calculation of the detection threshold is the same for all components of the spectrum, which, if there are discrete components of a spectrum with a large amplitude in the studied frequency band, leads to the omission of discrete components of the spectrum with a small amplitude.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ одноканального обнаружения сигналов [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под редакцией A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.100-129)], включающий аналого-цифровое преобразование широкополосного входного процесса (ШВП), накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП, вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, усреднение спектров, полученных при обработке не менее шестнадцати последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП, расчет величины порога обнаружения, сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот и вывод результатов обнаружения. Данный способ выбран в качестве прототипа.Closest to the proposed invention is a method of single-channel signal detection [Rembowski A.M., Ashikhmin A.V., Kozmin V.A. Radio monitoring: tasks, methods, tools. / Edited by A.M. Rembovsky. - M .: Hot line - Telecom, 2006 .-- 492 p.: Ill. - ISBN 5-93517-326-3 (p. 100-129)], including analog-to-digital conversion of a broadband input process (ball screw), the accumulation of complex ball screw samples and sequential sampling with ball screw samples, the calculation of the amplitude spectrum of the sample with ball screw samples , averaging the spectra obtained by processing at least sixteen consecutively taken samples with ball screw samples, calculating the detection threshold, comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold, deciding whether to detect signals in the studied frequency band and the output of the detection results. This method is selected as a prototype.

По сравнению с предыдущим аналогом в способе-прототипе снижена зависимость РПО от динамического диапазона амплитуд радиосигналов, присутствующих в исследуемой полосе частот.Compared with the previous analogue in the prototype method, the dependence of P software on the dynamic range of amplitudes of the radio signals present in the studied frequency band is reduced.

Недостатками способа-прототипа являются:The disadvantages of the prototype method are:

1. Снижение РПО радиосигналов при увеличении загрузки исследуемой полосы частот узкополосными радиосигналами более чем на 30% [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / Под редакцией A.M.Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.110)].1. The decrease in the R PO of radio signals with an increase in the load of the investigated frequency band by narrow-band radio signals by more than 30% [Rembovsky AM, Ashikhmin AV, Kozmin VA Radio monitoring: tasks, methods, tools / Edited by AMRembovsky. - M .: Hot line - Telecom, 2006 .-- 492 p.: Ill. - ISBN 5-93517-326-3 (p. 110)].

Причины недостатка заключаются в следующем:The reasons for the lack are as follows:

величина порога обнаружения рассчитывается на основе числовых характеристик, вычисляемых с учетом всех составляющих спектра ШВП в исследуемом диапазоне частот и имеет постоянное значение для всех составляющих амплитудного спектра ШВП;the detection threshold value is calculated on the basis of numerical characteristics calculated taking into account all components of the ballscrew spectrum in the studied frequency range and has a constant value for all components of the ballscrew amplitude spectrum;

величина порога обнаружения зависит от количества радиосигналов, присутствующих в ШВП.the detection threshold value depends on the number of radio signals present in the ballscrew.

2. Зависимость РПО от коэффициента передачи тракта радиоприемного устройства (РПУ). Данный недостаток обусловлен тем, что в качестве величины порога обнаружения выбирается минимальное значение сглаженного амплитудного спектра ШВП [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под редакцией A.M.Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.110)].2. The dependence of R software on the transmission coefficient of the path of the radio receiving device (RPU). This disadvantage is due to the fact that the minimum value of the smoothed amplitude spectrum of ballscrews is selected as the value of the detection threshold [Rembovsky AM, Ashikhmin A.V., Kozmin V.A. Radio monitoring: tasks, methods, tools. / Edited by AMRembovsky. - M .: Hot line - Telecom, 2006 .-- 492 p.: Ill. - ISBN 5-93517-326-3 (p. 110)].

3. Зависимость РПО от закона распределения атмосферных, космических помех и собственного шума РГТУ в исследуемой полосе частот (Долуханов М.П. Распространение радиоволн. Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио. Москва. 1960 (стр.378, рис.6.2, стр.382, рис.6.5)). Причина данного недостатка так же, как и предыдущего, заключается в выборе в качестве величины порога обнаружения минимального значения сглаженного амплитудного спектра ШВП.3. Dependence of R software on the law of distribution of atmospheric, cosmic interference and intrinsic noise of the Russian State Technical University in the studied frequency band (Dolukhanov MP. Radio wave propagation. State Publishing House of Literature on Communications and Radio. Moscow. 1960 (p. 378, Fig. 6.2, p. 382, fig. 6.5)). The reason for this drawback, as well as the previous one, lies in the choice of the minimum value of the smoothed amplitude spectrum of the ball screw as the detection threshold.

4. Пропуск радиосигналов, длительность которых меньше длительности шестнадцати последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП при отношении мощности радиосигнала к мощности шума (ОСШ) от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом. Причиной данного недостатка является использование для снижения вероятности ложной тревоги (РЛТ) усреднения спектров. При этом РЛТ, равная от 0,01 до 0,05, может быть достигнута при обработке не менее шестнадцати последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под редакцией A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.111, рис.3.4)].4. Skipping radio signals, the duration of which is less than the duration of sixteen consecutive samples with ballscrew samples at a ratio of radio signal power to noise power (SNR) from 3 to 5 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal. The reason for this drawback is the use of averaging spectra to reduce the likelihood of false alarm (P RT ). Moreover, P LT equal to from 0.01 to 0.05 can be achieved by processing at least sixteen consecutively taken samples with ball screws [Rembovsky AM, Ashikhmin A.V., Kozmin V.A. Radio monitoring: tasks, methods, tools. / Edited by AM Rembowski. - M .: Hot line - Telecom, 2006 .-- 492 p.: Ill. - ISBN 5-93517-326-3 (p. 111, Fig. 3.4)].

5. Высокая погрешность определения времени обнаружения радиосигнала при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом. Причина данного недостатка так же, как и предыдущего, заключается в необходимости обработки не менее шестнадцати последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП для снижения РЛТ.5. High error in determining the time of detection of a radio signal at SNR from 3 to 5 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal. The reason for this drawback, as well as the previous one, is that it is necessary to process at least sixteen consecutively taken samples with ball screw samples to reduce P RT .

Технический результат - снижение влияния сигнально-помеховой обстановки (СПО), коэффициента передачи тракта РПУ, закона распределения атмосферных, космических помех и собственного шума РПУ в исследуемой полосе частот на РПО узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более, а также уменьшение длительности обнаруживаемых узкополосных радиосигналов и повышение точности определения времени их обнаружения при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом.EFFECT: reduction of the influence of signal-noise situation (SVE), transmission coefficient of an RPU path, law of distribution of atmospheric, space interference and intrinsic noise of an RPU in the studied frequency band on the R PO of narrow-band radio signals in the frequency band four times or more their spectral width as well as reducing the duration of detectable narrow-band radio signals and improving the accuracy of determining the time of their detection with SNR from 3 to 5 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal.

Для достижения указанного технического результата в способе обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот производится аналого-цифровое преобразование ШВП, накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП, вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, расчет величины порога обнаружения для каждой составляющей амплитудного спектра как суммы сглаженной оценки спектра в скользящем по оси частоты взвешивающем окне (СВО) и функции от их среднеквадратического отклонения (СКО), сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, сохранение результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот на основе мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП, и вывод результатов обнаружения.To achieve the indicated technical result, in the method for detecting a plurality of narrow-band radio signals in a wide frequency band, analog-to-digital conversion of ballscrews, the accumulation of complex ballscrew samples and sequential sampling with ballscrews are performed, the amplitude spectrum of the generated sample with ballscrews is calculated, the detection threshold for each component is calculated amplitude spectrum as the sum of a smoothed spectrum estimate in a weighting window (ITS) sliding along the frequency axis and a function of their average standard deviation (RMS), comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold, storing the results of comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold, deciding on the detection of radio signals in the studied frequency band based on the majority processing of the stored results of comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold, obtained in the analysis of six consecutively taken samples with ball screw samples, and the output of the detection results.

Общими признаками прототипа и предлагаемого способа являются аналого-цифровое преобразование ШВП, накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП, вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, расчет величины порога обнаружения, сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот, вывод результатов обнаружения.Common features of the prototype and the proposed method are analog-to-digital conversion of ballscrews, the accumulation of complex ballscrew samples and sequential sampling with ballscrews, the calculation of the amplitude spectrum of the sample with ballscrews, calculation of the detection threshold, the comparison of the amplitudes of the spectral components with the detection threshold, decision making about the detection of radio signals in the studied frequency band, the output of the detection results.

Отличительными признаками предлагаемого способа от прототипа являются:Distinctive features of the proposed method from the prototype are:

расчет величины порога обнаружения для каждой составляющей амплитудного спектра как суммы сглаженной оценки спектра в СВО и функции от их СКО;calculation of the detection threshold for each component of the amplitude spectrum as the sum of the smoothed spectrum estimate in the NWO and the function of their standard deviation;

сохранение полученных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения;saving the obtained results of comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold;

принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот на основе мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП.making a decision on the detection of radio signals in the studied frequency band based on the majority processing of the stored results of comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold value obtained by analyzing six consecutive samples with ball screw samples.

Благодаря новой совокупности существенных признаков технический результат - снижение влияния СПО, коэффициента передачи тракта РПУ, закона распределения атмосферных, космических помех и собственного шума РПУ в исследуемой полосе частот на РПО узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более проявляется вследствие того, что порог обнаружения рассчитывается для каждой составляющей амплитудного спектра как сумма сглаженной оценки спектра в СВО и функции от их СКО. Полученные значения порога обнаружения определяются только амплитудой спектральных составляющих в СВО и поэтому не зависят от СПО за пределами СВО. При этом уменьшение ширины СВО приводит к снижению влияния СПО на величину порога обнаружения и, следовательно, на РПО.Thanks to a new set of essential features, the technical result - the reduction of the influence of STR, the transmission coefficient of the RPU path, the law of distribution of atmospheric, space interference and intrinsic noise of the RPU in the studied frequency band on the R PO of narrow-band radio signals in the frequency band four times or more their width is manifested due to the fact that the detection threshold is calculated for each component of the amplitude spectrum as the sum of the smoothed spectrum estimate in the CBO and the function of their standard deviation. The obtained values of the detection threshold are determined only by the amplitude of the spectral components in the CBO and therefore do not depend on the STR outside the CBO. At the same time, a decrease in the width of the CBO leads to a decrease in the influence of the STR on the value of the detection threshold and, consequently, on the R PO .

Благодаря новой совокупности существенных признаков технический результат - уменьшение длительности обнаруживаемых узкополосных радиосигналов и повышение точности определения времени их обнаружения при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, проявляется вследствие того, что решение об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот принимается после мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП. Мажоритарная обработка реализуется на основе мажоритарного метода [Никитин Г.И. Сверточные коды: Учебное пособие. / СПбГУАП. СПб., 2001. - 80 с.: ил. (стр.49)].Thanks to a new set of essential features, the technical result is a decrease in the duration of detectable narrow-band radio signals and an increase in the accuracy of determining their detection time for SNR from 3 to 5 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal, due to the fact that the decision to detect radio signals in the studied frequency band is made after majority processing of the stored results of comparing the amplitudes of the spectral components with the value of the detection threshold obtained at An analysis of six consecutively taken samples with ballscrew readings. Majority processing is implemented on the basis of the majority method [G. Nikitin Convolutional Codes: Tutorial. / SPbGUAP. St. Petersburg, 2001 .-- 80 pp., Ill. (p. 49)].

Проведенный анализ уровня существующей техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют. Это указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна». Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The analysis of the level of existing technology has made it possible to establish that there are no analogues that are characterized by a set of features identical to all the features of the claimed technical solution. This indicates the conformity of the claimed method to the condition of patentability "novelty." The search results for well-known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the features of the claimed object that are different from the prototype showed that they do not follow explicitly from the prior art. The prior art also did not reveal the popularity of the impact provided by the essential features of the claimed invention, the transformations on the achievement of the specified technical result. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

Способ поясняется иллюстрациями, на которых представлены:The method is illustrated by illustrations in which are presented:

фиг.1 - график зависимости РЛТ от количества выборок, используемых при мажоритарной обработке результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения;figure 1 is a graph of the dependence of P LT on the number of samples used in the majority processing of the results of comparing the amplitudes of the spectral components with the value of the detection threshold;

фиг.2 - графики зависимостей РПО радиосигналов от количества спектральных составляющих в СВО при различном значении коэффициента, используемого в формуле для расчета порога обнаружения;figure 2 - graphs of the dependencies R software of radio signals on the number of spectral components in the CBO at different values of the coefficient used in the formula for calculating the detection threshold;

фиг.3 - график зависимости PЛТ от коэффициента, используемого в формуле для расчета порога обнаружения;figure 3 is a graph of the dependence of P LT from the coefficient used in the formula for calculating the detection threshold;

фиг.4 - графики зависимостей РПО радиосигналов от количества спектральных составляющих в СВО при различном количестве выборок, используемых для мажоритарной обработки;figure 4 - graphs of the dependencies R software of radio signals on the number of spectral components in the CBO with a different number of samples used for majority processing;

фиг.5 - амплитудный спектр ШВП и порог обнаружения;5 is an amplitude spectrum of ballscrews and a detection threshold;

фиг.6 - результат обнаружения узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра;6 is a result of the detection of narrowband radio signals in a frequency band exceeding the width of their spectrum;

фиг.7 - графики зависимостей РПО от загрузки исследуемой полосы частот узкополосными радиосигналами при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом.Fig.7 is a graph of the dependencies of R software from loading the studied frequency band with narrow-band radio signals at SNR from 3 to 5 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal.

Способ обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот осуществляются следующим образом:A method for detecting a plurality of narrowband radio signals in a wide frequency band is as follows:

Этап 1. Производится аналого-цифровое преобразование ШВП поступающего с выхода широкополосного тракта панорамного радиоприемного устройства.Stage 1. An analog-to-digital conversion of the ballscrew coming from the output of the broadband path of a panoramic radio receiver is performed.

Аналого-цифровое преобразование ШВП реализуется на основе способа квадратурной дискретизации [Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 751 с.: ил. - ISBN 5-469-00816-9 (стр.168-170)]. В результате квадратурной дискретизации формируются комплексные отсчеты ШВП. Использование способа квадратурной дискретизации для аналого-цифрового преобразования ШВП позволяет понизить частоту дискретизации до частоты, соответствующей верхней границе полосы пропускания радиоприемного тракта.The analog-to-digital conversion of ballscrew is implemented on the basis of the quadrature sampling method [Sergienko AB Digital Signal Processing: A Textbook for High Schools. 2nd ed. - SPb .: Peter, 2007 .-- 751 p .: ill. - ISBN 5-469-00816-9 (p. 168-170)]. As a result of quadrature sampling, complex ballscrew readings are formed. Using the method of quadrature sampling for analog-to-digital conversion of ballscrew allows you to lower the sampling frequency to a frequency corresponding to the upper limit of the passband of the radio receiving path.

Для обнаружения радиосигналов в диапазоне ВЧ с шириной спектра, не превышающей 8 кГц (два стандартных телефонных канала), а также в диапазоне ОВЧ со стандартной шириной спектра 20-30 кГц данный этап может быть реализован с помощью панорамного радиоприемного устройства АРК-ПР5 «Аргамак» с полосой пропускания радиоприемного тракта 1 МГц в диапазоне ВЧ и 10 МГц в диапазоне ОВЧ [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под редакцией A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.88-92)] и 14-разрядного быстродействующего устройства сбора данных ADC-14-200 с двумя синхронными каналами частотой дискретизации до 200 МГц и динамическим диапазоном до 87 дБ [Дорофеев П., Руднев П. Современные быстродействующие АЦП с большим динамическим диапазоном. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2006. №4, с.23-25], способного осуществлять квадратурное аналого-цифровое преобразование с частотой дискретизации 1 МГц и 10 МГц.To detect radio signals in the HF band with a spectrum width not exceeding 8 kHz (two standard telephone channels), as well as in the VHF band with a standard spectrum width of 20-30 kHz, this step can be implemented using the ARK-PR5 Argamak panoramic radio receiver with a 1 MHz radio channel passband in the HF band and 10 MHz in the VHF band [Rembovsky AM, Ashikhmin A.V., Kozmin V.A. Radio monitoring: tasks, methods, tools. / Edited by A.M. Rembovsky. - M .: Hot line - Telecom, 2006 .-- 492 p.: Ill. - ISBN 5-93517-326-3 (p. 88-92)] and a 14-bit high-speed data acquisition device ADC-14-200 with two synchronous channels, a sampling frequency of up to 200 MHz and a dynamic range of up to 87 dB [P. Dorofeev, Rudnev P. Modern high-speed ADCs with a large dynamic range. // Electronics: Science, Technology, Business. 2006. No. 4, p.23-25], capable of quadrature analog-to-digital conversion with a sampling frequency of 1 MHz and 10 MHz.

Этап 2. Накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП.Stage 2. Accumulation of complex ball screw samples and sequential sampling with ball screw samples.

После накопления необходимого количества отсчетов, позволяющего вычислить спектр ШВП, выборка с отсчетами передается для дальнейшей обработки, реализованной на этапах 3-10. Одновременно с передачей данной выборки для дальнейшей обработки начинается накопление следующей выборки ШВП.After the accumulation of the required number of samples, allowing to calculate the range of ballscrews, the sample with the samples is transmitted for further processing, implemented at stages 3-10. Simultaneously with the transfer of this sample for further processing, the accumulation of the next ball screw sample begins.

Этап 3. Вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП.Stage 3. Calculation of the amplitude spectrum of the formed sample with ball screw samples.

Расчет значений спектральных составляющих может выполняться различными способами, например на основе дискретного преобразования Фурье (ДПФ) [Ричард Лайонс. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2007 г. - 656 с.: ил. - ISBN 5-9518-0149-4 (стр.64)]:The calculation of the values of the spectral components can be performed in various ways, for example, based on the discrete Fourier transform (DFT) [Richard Lyons. Digital Signal Processing: Second Edition. Per. from English - M .: Binom-Press LLC, 2007 - 656 p.: Ill. - ISBN 5-9518-0149-4 (p. 64)]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где S[n] - комплексный спектральный отсчет ШВП;where S [n] is the complex spectral readout of ballscrew;

n - номер комплексного спектрального отсчета ШВП;n is the number of the complex spectral readout of ballscrew;

N - количество отсчетов в выборке и комплексных спектральных отсчетов в спектре ШВП;N is the number of samples in the sample and complex spectral samples in the ballscrew spectrum;

i - номер отсчета ШВП;i - ball screw reference number;

X[i] - комплексный отсчет ШВП;X [i] - integrated ball screw reading;

ехр - экспоненциальная функция;exp - exponential function;

j - мнимая единица.j is the imaginary unit.

При заданной частоте дискретизации (fД) количество отсчетов в выборке ШВП определяет ее длительность (τВ) и, следовательно, разрешающую способность ДПФ по частоте (Δf):For a given sampling frequency (f D ), the number of samples in the ball screw sample determines its duration (τ V ) and, therefore, the resolution of the DFT in frequency (Δf):

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

При определении требуемого для вычисления спектра ШВП количества отсчетов в одной выборке необходимо учитывать, что ее длительность должна быть в М раз меньше минимальной длительности обнаруживаемых радиосигналов (τC), где М - количество выборок используемых при мажоритарной обработке сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения.When determining the number of samples required for calculating the ballscrew spectrum, it is necessary to take into account that its duration should be M times shorter than the minimum duration of detected radio signals (τ C ), where M is the number of samples of the stored results of the comparison of the amplitudes of the spectral components with the magnitude detection threshold.

Исходя из этого максимально допустимое количество отсчетов в выборке ШВП (Nmax) рассчитывается по формуле:Based on this, the maximum allowable number of samples in the ball screw sample (N max ) is calculated by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

Для уменьшения вычислительных затрат при расчете спектра ШВП, полученное значение Nmax уменьшается до ближайшего числа, определяемого по формуле:To reduce the computational cost when calculating the range of ballscrews, the obtained value of N max is reduced to the nearest number, determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

где d - целое положительное число больше шести.where d is a positive integer greater than six.

Например, в диапазоне ОВЧ для обнаружения узкополосных радиосигналов со стандартной шириной спектра 25 кГц и длительностью не менее 0,66 мс при ОСШ, равном 3 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, ширине полосы пропускания панорамного радиоприемного устройства 10 МГц и таком же значении частоты дискретизации аналого-цифрового преобразователя требуется мажоритарная обработка шести выборок. Следовательно, в соответствии с (1) максимально допустимый размер одной выборки ШВП составит 1100 отсчетов. Ближайшее значение, удовлетворяющее условию (2), составляет 1024 отсчета, что соответствует длительности выборки 0,102 мс и разрешающей способности ДПФ по частоте 9,76 кГц. Длительность шести выборок составит 0,612 мс, что не превышает минимальной длительности обнаруживаемых радиосигналов.For example, in the VHF band for detecting narrow-band radio signals with a standard spectrum width of 25 kHz and a duration of at least 0.66 ms with a SNR of 3 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal, the bandwidth of the panoramic radio receiver 10 MHz and the same frequency value sampling of an analog-to-digital converter requires majority processing of six samples. Therefore, in accordance with (1), the maximum allowable size of one ball screw sample will be 1100 samples. The closest value that satisfies condition (2) is 1024 samples, which corresponds to a sample duration of 0.102 ms and a DFT resolution of 9.76 kHz. The duration of the six samples will be 0.612 ms, which does not exceed the minimum duration of the detected radio signals.

Обнаружение радиосигналов с представленными параметрами возможно и при меньшем количестве отсчетов в выборке, например при 512 отсчетах. В этом случае длительность выборки уменьшится, что повысит точность определения времени обнаружения радиосигналов, однако разрешающая способность ДПФ по частоте ухудшится в два раза (до 19,53 кГц), что снизит точность измерения таких параметров радиосигнала, как ширина спектра и несущая частота.The detection of radio signals with the presented parameters is possible with a smaller number of samples in the sample, for example, with 512 samples. In this case, the sampling duration will decrease, which will increase the accuracy of determining the detection time of radio signals, however, the frequency resolution of the DFT will deteriorate by half (up to 19.53 kHz), which will reduce the accuracy of measuring such radio signal parameters as the spectrum width and carrier frequency.

Увеличение количества отсчетов в выборке ШВП, например, в два раза по сравнению с числом, удовлетворяющим условию (2), до 2048 приведет к улучшению разрешающей способности по частоте (до 4,88 кГц). Однако длительность одной выборки при этом увеличится до 0,204 мс, что при заданной длительности сигнала позволит использовать для мажоритарной обработки только три выборки ШВП и снизит достоверность обнаружения ввиду высокой РЛТ (фиг.1).An increase in the number of samples in a sample of ballscrews, for example, by a factor of two compared with a number satisfying condition (2), to 2048 will lead to an improvement in the frequency resolution (up to 4.88 kHz). However, the duration of one sample in this case will increase to 0.204 ms, which for a given signal duration will allow using only three samples of ballscrews for majority processing and will reduce the reliability of detection due to the high P RT (Fig. 1).

Для вычисления амплитудного спектра ШВП рассчитываются амплитуды комплексных спектральных отсчетов [Ричард Лайонс. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2007 г. - 656 с.: ил. - ISBN 5-9518-0149-4. Стр. 66-67], полученные значения сохраняются в массиве амплитуд As:To calculate the amplitude spectrum of ballscrews, the amplitudes of complex spectral readings are calculated [Richard Lyons. Digital Signal Processing: Second Edition. Per. from English - M .: Binom-Press LLC, 2007 - 656 p.: Ill. - ISBN 5-9518-0149-4. Page 66-67], the obtained values are stored in the array of amplitudes As:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Re - функция выделения вещественной части комплексного числа;where Re is the allocation function of the real part of the complex number;

Im - функция выделения мнимой части комплексного числа.Im is the function of extracting the imaginary part of a complex number.

Этап 4. Расчет величины порога обнаружения.Stage 4. Calculation of the detection threshold.

Величина порога обнаружения рассчитывается для каждой составляющей амплитудного спектра как сумма сглаженной оценки спектра в СВО и функции от их СКО.The detection threshold value is calculated for each component of the amplitude spectrum as the sum of the smoothed spectrum estimate in the CBO and the function of their standard deviation.

Ширина СВО (ΔFСВО) рассчитывается по формуле:The width of the CBO (ΔF CBO ) is calculated by the formula:

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где k - количество спектральных составляющих в СВО.where k is the number of spectral components in the CBO.

Шаг сдвига СВО равен либо кратен Δf. На каждом шаге вычисляется значение порога для центральной составляющей амплитудного спектра в СВО. В результате при расчете на каждом шаге формируется одна точка порога обнаружения, значение которой определяется только амплитудой k спектральных составляющих и поэтому не зависит от СПО за пределами СВО. Значение k определяется шириной спектра обнаруживаемых радиосигналов, разрешающей способностью ДПФ и выбирается по меньшей мере в два раза больше, чем количество спектральных составляющих в полосе частот обнаруживаемого радиосигнала. Однако значительное увеличение ширины СВО приводит к росту зависимости величины порога от СПО за пределами полосы частот обнаруживаемого радиосигнала. Полученные значения порога обнаружения сохраняются в массиве GПО.The CBO shift step is equal to or a multiple of Δf. At each step, the threshold value for the central component of the amplitude spectrum in the CBO is calculated. As a result, in the calculation at each step, one point of the detection threshold is formed, the value of which is determined only by the amplitude k of the spectral components and therefore does not depend on the STR outside the CBO. The value of k is determined by the width of the spectrum of the detected radio signals, the resolution of the DFT and is selected at least twice as much as the number of spectral components in the frequency band of the detected radio signal. However, a significant increase in the width of the CBO leads to an increase in the dependence of the threshold value on the STR over the limits of the frequency band of the detected radio signal. The obtained detection threshold values are stored in the software array G.

При таком подходе к расчету порога обнаружения его первый элемент будет соответствовать спектральной составляющей с номером nH, значение которого определяется по формуле:With this approach to calculating the detection threshold, its first element will correspond to the spectral component with number n H , the value of which is determined by the formula:

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

а последний элемент - спектральной составляющей с номером nП, значение которого определяется по формуле:and the last element is the spectral component with number n P , the value of which is determined by the formula:

Figure 00000009
.
Figure 00000009
.

Поэтому количество элементов в массиве GПО будет меньше количества элементов в массиве As на NNK элементов. Значение NNK вычисляется по формуле:Therefore, the number of elements in the G array of software will be less than the number of elements in the As array by N NK elements. The value of N NK is calculated by the formula:

Figure 00000010
.
Figure 00000010
.

Для устранения этого недостатка перед расчетом порога обнаружения дополнительно формируется массив AsN, всем элементам которого присваиваются значения первого элемента массива As, а также массив AsK, всем элементам которого присваиваются значения последнего элемента массива As. Количество элементов в массивах AsN и AsK (kHK) вычисляется по формуле:To eliminate this drawback, before calculating the detection threshold, an AsN array is additionally formed, all elements of which are assigned the values of the first element of the As array, and also an AsK array, all elements of which are assigned the values of the last element of the As array. The number of elements in the arrays AsN and AsK (k HK ) is calculated by the formula:

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

Затем формируется общий массив А по следующему правилу:Then the general array A is formed according to the following rule:

Figure 00000012
Figure 00000012

где l - номер элемента в массиве А.where l is the number of the element in array A.

При использовании массива А для расчета порога обнаружения его первая точка соответствует первой составляющей амплитудного спектра выборки с отсчетами ШВП, а последняя точка - последней составляющей амплитудного спектра.When using array A to calculate the detection threshold, its first point corresponds to the first component of the amplitude spectrum of the sample with ball screw samples, and the last point corresponds to the last component of the amplitude spectrum.

Каждая точка порога обнаружения GПО рассчитывается как сумма сглаженной оценки составляющих амплитудного спектра в СВО

Figure 00000013
и функции от их СКО (σСВО) в соответствии с формулой:Each point of the G software detection threshold is calculated as the sum of the smoothed estimate of the components of the amplitude spectrum in the CBO
Figure 00000013
and functions of their standard deviation (σ CBO ) in accordance with the formula:

Figure 00000014
Figure 00000014

где r - коэффициент, значение которого зависит от требуемой РПО и количества спектральных составляющих в СВО.where r is the coefficient, the value of which depends on the required R PO and the number of spectral components in the CBO.

Зависимость РПО от k при различных значениях коэффициента r установлена экспериментально и представлена на фиг.2. Данные зависимости наглядно демонстрируют, что увеличение r приводит к снижению РПО (фиг.2) и РЛТ (фиг.3) при любой ширине СВО.The dependence of R PO on k for various values of the coefficient r was established experimentally and presented in figure 2. These dependencies clearly demonstrate that an increase in r leads to a decrease in P PO (figure 2) and P LT (figure 3) for any width of the CBO.

Например, для обнаружения радиосигналов, спектр которых представлен не более, чем двумя спектральными составляющими, при ОСШ, равном 3 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, для достижения требуемой РПО, равной 0,95, значение коэффициента г выбирают равным 0,3. Данный выбор обусловлен следующим:For example, to detect radio signals whose spectrum is represented by no more than two spectral components, with an SNR of 3 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal, in order to achieve the required R software equal to 0.95, the value of the coefficient g is chosen equal to 0.3 . This choice is due to the following:

минимальное количество составляющих амплитудного спектра в СВО, при котором достигается РПО, равная 0,95, равно пяти, при меньших значениях k требуемой РПО (фиг.2) при ОСШ, равном 3 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, достичь невозможно;the minimum number of components of the amplitude spectrum in the CBO, at which a R PO equal to 0.95 is achieved, is five, with smaller values of k of the required R PO (Fig. 2) with SNR equal to 3 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal, it is impossible to achieve ;

при выборе большего значения коэффициента г необходимо увеличить количество составляющих амплитудного спектра в СВО (фиг.2), что приведет к повышению зависимости величины порога обнаружения от СПО.when choosing a larger value of the coefficient g, it is necessary to increase the number of components of the amplitude spectrum in the CBO (figure 2), which will increase the dependence of the detection threshold on the STR.

Сглаженная оценка составляющих амплитудного спектра в СВО может быть получена различными методами, например как математическое ожидание:A smoothed estimate of the components of the amplitude spectrum in the NWO can be obtained by various methods, for example, as the mathematical expectation:

Figure 00000015
Figure 00000015

где t - номер спектральной составляющей в СВО.where t is the number of the spectral component in the CBO.

Значение t, равное нулю, соответствует номеру первой составляющей амплитудного спектра, попадающей в СВО на каждом шаге вычисления, значение t, равное k минус один, - последней составляющих амплитудного спектра, попадающей в СВО на каждом шаге вычисления.A value of t equal to zero corresponds to the number of the first component of the amplitude spectrum falling into the CBO at each step of the calculation, a value of t equal to k minus one represents the last component of the amplitude spectrum falling into the CBO at each step of the calculation.

Величина

Figure 00000016
также может рассчитываться как медианное значение спектральных составляющих в СВО, через выделение моды или другими методами.Value
Figure 00000016
can also be calculated as the median value of the spectral components in the CBO, through mode extraction or other methods.

СКО составляющих амплитудного спектра в СВО рассчитывается следующим образом:The standard deviation of the components of the amplitude spectrum in the SVO is calculated as follows:

Figure 00000017
Figure 00000017

Спектр ШВП и порог обнаружения, рассчитанный на основе (3), представлены на фиг.5.The range of ballscrews and the detection threshold calculated on the basis of (3) are presented in Fig. 5.

Этап 5. Сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения.Step 5. Comparison of the amplitudes of the spectral components with the magnitude of the detection threshold.

Сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения производится для каждой выборки ШВП. При этом последовательно амплитуда каждой спектральной составляющей сравнивается с соответствующей ей величиной порога обнаружения. Результаты сравнения присваиваются элементам массива МСР по следующему правилу:A comparison of the amplitudes of the spectral components with the detection threshold is made for each sample of ballscrews. In this case, the amplitude of each spectral component is successively compared with the corresponding detection threshold. The comparison results are assigned to the elements of the array M CP according to the following rule:

Figure 00000018
Figure 00000018

Использование результатов сравнения в качестве результатов обнаружения позволяет достичь высокого значения РПО (фиг.2). Однако при этом РЛТ превышает значение, достигаемое при использовании прототипа в равных условиях.Using the results of comparison as the results of detection allows you to achieve a high value of R software (figure 2). However, when this P RT exceeds the value achieved when using the prototype in equal conditions.

Экспериментально установлено, что при выборе для расчета величины порога обнаружения коэффициента r, равного 0,3, РЛТ достигает 0,8 (фиг.3). Увеличение коэффициента г для снижения РЛТ нецелесообразно, так как при этом снижается РПО (фиг.2).It was experimentally established that when choosing to calculate the threshold value of the detection coefficient r equal to 0.3, P LT reaches 0.8 (figure 3). The increase in the coefficient g to reduce P RT is impractical, since it decreases P ON (figure 2).

Это определяет необходимость дополнительной обработки полученных результатов сравнения, целью которой является снижение РЛТ, при сохранении того же значения РПО.This determines the need for additional processing of the obtained comparison results, the purpose of which is to reduce P RT , while maintaining the same P PO value.

Этап 6. Сохранение результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения.Step 6. Saving the results of comparing the amplitudes of the spectral components with the value of the detection threshold.

Элементы массива МСР записываются в двумерный массив с результатами обнаружения МОБН:The elements of the array M CP are recorded in a two-dimensional array with the results of the detection of M OBN :

Figure 00000019
Figure 00000019

где m - номер обрабатываемой выборки, принимает значения от 1 до М.where m is the number of the processed sample, takes values from 1 to M.

Этап 7. На данном этапе проверяется количество выборок ШВП, поступивших с выхода аналого-цифрового преобразователя для анализа.Step 7. At this stage, the number of ball screw samples received from the output of the analog-to-digital converter for analysis is checked.

Количество выборок ШВП, используемых для мажоритарной обработки, определяется при проектировании обнаружителя и зависит от допустимого значения PЛТ. Экспериментально установлено, что при выборе коэффициента r, равного 0,3, для расчета величины порога обнаружения по формуле (3) значение РЛТ, равное 0,01, будет достигнуто при мажоритарной обработке сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП (фиг.1). При этом уменьшение РПО будет скомпенсировано за счет увеличения количества спектральных составляющих в СВО до одиннадцати (фиг.4).The number of ball screw samples used for majority processing is determined during the design of the detector and depends on the permissible value of P LT . It was experimentally established that when choosing the coefficient r equal to 0.3, for calculating the detection threshold according to formula (3), the value of Р ЛТ equal to 0.01 will be achieved by majority processing of the stored results of comparing the amplitudes of the spectral components with the value of the detection threshold obtained when analyzing six sequentially taken samples with ballscrew readings (Fig. 1). In this case, the decrease in P software will be compensated by increasing the number of spectral components in the CBO to eleven (Fig. 4).

При использовании способа-прототипа достичь РПО, равной 0,95 при ОСШ, равном 3 дБ, в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, и PЛТ, равной 0,01, возможно только при усреднении спектров по шестнадцати последовательно взятым выборкам с отсчетами ШВП.When using the prototype method, to achieve R software equal to 0.95 for SNR equal to 3 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal and P LT equal to 0.01 is possible only by averaging the spectra over sixteen consecutive samples with ball screw samples .

Следовательно, использование представленного способа позволяет обнаруживать радиосигналы, длительность которых в 2,6 раза меньше, чем требуется для способа-прототипа в равных условиях СПО. Кроме того, использование мажоритарной обработки снижает погрешность при определении времени обнаружения радиосигналов. При этом обеспечивается достоверность обнаружения не хуже, чем у прототипа.Therefore, the use of the presented method allows to detect radio signals, the duration of which is 2.6 times less than that required for the prototype method in equal conditions of open source software. In addition, the use of majority processing reduces the error in determining the time of detection of radio signals. This ensures the reliability of detection is not worse than that of the prototype.

Если количество выборок, поступивших с выхода аналого-цифрового преобразователя для анализа, меньше значения, определенного при проектировании обнаружителя, то выполняются этапы 1-7. В противном случае выполняется этап 8.If the number of samples received from the output of the analog-to-digital converter for analysis is less than the value determined during the design of the detector, then steps 1-7 are performed. Otherwise, step 8 is performed.

Этап 8. Мажоритарная обработка сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаруженияStep 8. Majority processing of the stored results of comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold

Мажоритарная обработка сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения производится по следующему правилу:The majority processing of the stored results of comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold value is carried out according to the following rule:

Figure 00000020
Figure 00000020

где R - массив с результатом мажоритарной обработки М выборок.where R is an array with the result of majority processing of M samples.

Этап 9. На данном этапе принимается решение об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот и вывод результатов обнаружения.Step 9. At this stage, a decision is made on the detection of radio signals in the studied frequency band and the output of the detection results.

Решение об обнаружении радиосигнала на частоте, соответствующей номеру элемента массива с результатом мажоритарной обработки, принимается, если значение данного элемента не равно нулю. В противном случае принимается решение об отсутствии радиосигнала на данной частоте.The decision to detect a radio signal at a frequency corresponding to the number of an array element with the result of majority processing is taken if the value of this element is not equal to zero. Otherwise, a decision is made about the absence of a radio signal at a given frequency.

После принятия решения об обнаружении радиосигналов на соответствующих частотах производится вывод результатов обнаружения.After the decision is made to detect radio signals at the appropriate frequencies, the results of the detection are output.

Результаты обнаружения могут выводиться, например, на график, ось абсцисс которого соответствует частоте радиосигнала, ось ординат - его амплитуде. Для вывода результатов обнаружения элементы массива амплитуд As умножаются на соответствующие их номерам элементы массива R с результатами мажоритарной обработки, результат умножения записывается в массив вывода W:The detection results can be displayed, for example, on a graph whose abscissa axis corresponds to the frequency of the radio signal, the ordinate axis to its amplitude. To display the results of detection, the elements of the array of amplitudes As are multiplied by the corresponding elements of the array R with the results of the majority processing, the multiplication result is written to the output array W:

Figure 00000021
Figure 00000021

После этого вычисляется значение частоты (f[n]), соответствующее номеру элемента массива:After that, the frequency value (f [n]) corresponding to the number of the array element is calculated:

Figure 00000022
Figure 00000022

где fH - начальная частота исследуемой полосы частот.where f H is the initial frequency of the investigated frequency band.

Точки с координатами (f[n], W[n]) последовательно выводятся на график, из точки прорисовывается перпендикуляр на ось абсцисс графика.Points with coordinates (f [n], W [n]) are sequentially displayed on the graph, a perpendicular is drawn from the point on the abscissa axis of the graph.

Результат обнаружения узкополосных радиосигналов в полосе частот, значительно превышающей ширину их спектра предлагаемым способом, представлен на фиг.6.The result of the detection of narrow-band radio signals in a frequency band significantly exceeding the width of their spectrum by the proposed method is presented in Fig.6.

Этап 10. Из двумерного массива MОБН удаляется массив с результатами сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, имеющий номер m, равный нулю. Номера остальных массивов уменьшаются на единицу. В освободившуюся область памяти записывается массив с результатами сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученными при обработке очередной выборки, и выполняется переход к этапу 8.Step 10. An array with the results of comparing the amplitudes of the spectral components with the value of the detection threshold having the number m equal to zero is removed from the two-dimensional array M OBN . The numbers of the remaining arrays are reduced by one. An array with the results of comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold value obtained by processing the next sample is recorded in the freed memory region, and the transition to step 8 is performed.

Этапы 2÷8, 10 могут быть реализованы с помощью устройства цифровой обработки сигналов, изготовленного на основе сигнального процессора, например ADSP-2181 [Вальпа О.Д. Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 270 с. - ISBN 5-93517-342-5] или с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ) с программным обеспечением, позволяющим осуществлять цифровую обработку сигналов [Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 751 с.: ил. - ISBN 5-469-00816-9].Stages 2 ÷ 8, 10 can be implemented using a digital signal processing device based on a signal processor, for example ADSP-2181 [Valpa O.D. Development of devices based on digital signal processors from Analog Devices using Visual DSP ++. - M.: Hot line - Telecom, 2007 .-- 270 p. - ISBN 5-93517-342-5] or using an electronic computer (computer) with software that allows digital signal processing [Sergienko AB Digital Signal Processing: A Textbook for High Schools. 2nd ed. - SPb .: Peter, 2007 .-- 751 p .: ill. - ISBN 5-469-00816-9].

Этап 9 может быть реализован на ЭВМ с программным обеспечением, позволяющим выводить графическую информацию.Stage 9 can be implemented on a computer with software that allows you to display graphical information.

Исследование возможности осуществления предложенного способа проведено на персональной ЭВМ посредством имитационного моделирования.The study of the feasibility of the proposed method was carried out on a personal computer through simulation.

Для реализации этапа 1 произведено аналого-цифровое преобразование ШВП в полосе частот 70-82 МГц.To implement stage 1, an analog-to-digital conversion of ballscrews was performed in the frequency band 70-82 MHz.

Для реализации этапов 2-10 разработано программное обеспечение на языке программирования C++ с использованием интегрированной среды разработки Visual Studio 2008.To implement stages 2-10, software was developed in the C ++ programming language using the Visual Studio 2008 integrated development environment.

Возможность достижения заявленного технического результата подтверждена экспериментально. В ходе эксперимента производилось обнаружение радиосигнала с шириной спектра 25 кГц при загрузке исследуемой полосы частот узкополосными радиосигналами от 5 до 95% и ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом. Значение коэффициента г выбрано равным 0,3, количество спектральных составляющих в СВО, равным 11.The ability to achieve the claimed technical result is confirmed experimentally. During the experiment, a radio signal with a spectral width of 25 kHz was detected when loading the investigated frequency band with narrow-band radio signals from 5 to 95% and SNR from 3 to 5 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal. The value of the coefficient r is chosen equal to 0.3, the number of spectral components in the CBO equal to 11.

В ходе проведенных экспериментов получены зависимости PПО от загрузки исследуемой полосы частот узкополосными радиосигналами при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом (фиг.7). Данные зависимости подтверждают достижение заявленного технического результата - снижение влияния СПО на РПО узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более.In the course of the experiments, the dependences of P software on the load of the investigated frequency band by narrow-band radio signals at SNR from 3 to 5 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal were obtained (Fig. 7). These dependencies confirm the achievement of the claimed technical result - a decrease in the influence of STR on R software of narrow-band radio signals in the frequency band exceeding the width of their spectrum by four times or more.

Величина порога обнаружения рассчитывается для каждой составляющей амплитудного спектра и зависит только от одиннадцати спектральных составляющих, попадающих в СВО, что подтверждает достижение заявленного технического результата - снижение влияния коэффициента передачи тракта РПУ и закона распределения атмосферных, космических помех и собственного шума РПУ в исследуемой полосе частот на РПО узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более.The value of the detection threshold is calculated for each component of the amplitude spectrum and depends only on the eleven spectral components falling into the CBO, which confirms the achievement of the claimed technical result - reducing the influence of the transmission coefficient of the RPU path and the distribution law of atmospheric, space interference and intrinsic noise of the RPU in the studied frequency band by R PO narrowband radio signals in a frequency band exceeding the width of their spectrum by four times or more.

При проведении данного эксперимента установлено, что РЛТ не превышает значения 0,01 при мажоритарной обработке шести выборок с результатами сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, что подтверждает достижение заявленного технического результата - уменьшение длительности обнаруживаемых узкополосных радиосигналов и повышение точности определения времени их обнаружения при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом.When conducting this experiment, it was found that P RT does not exceed 0.01 during the majority processing of six samples with the results of comparing the amplitudes of the spectral components with the value of the detection threshold, which confirms the achievement of the claimed technical result - reducing the duration of detectable narrow-band radio signals and improving the accuracy of determining the time of their detection with SNR from 3 to 5 dB in the frequency band occupied by the detected radio signal.

Claims (1)

Способ обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот, включающий аналого-цифровое преобразование широкополосного входного процесса (ШВП), накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП, вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, расчет величины порога обнаружения, сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот, вывод результатов обнаружения, отличающийся тем, что величину порога обнаружения рассчитывают для каждой составляющей амплитудного спектра как сумму сглаженной оценки спектра в скользящем по оси частоты взвешивающем окне и функции от их среднеквадратического отклонения, результаты сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения сохраняют, а принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот осуществляют на основе мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП. A method for detecting a plurality of narrow-band radio signals in a wide frequency band, including analog-to-digital conversion of a wide-band input process (ballscrew), accumulating complex ballscrew samples and sequential sampling with ballscrews, calculating the amplitude spectrum of a sampled with ballscrews, calculating the detection threshold, comparing amplitudes spectral components with a detection threshold, a decision on the detection of radio signals in the studied frequency band, output result in detection, characterized in that the detection threshold value is calculated for each component of the amplitude spectrum as the sum of the smoothed spectrum estimate in the sliding window along the frequency axis and the function of their standard deviation, the results of comparing the amplitudes of the spectral components with the detection threshold value are saved, and the decision about the detection of radio signals in the studied frequency band is carried out on the basis of majority processing of the stored results of comparing the spectral amplitudes with stavlyayuschih with a detection threshold value obtained in the analysis of the six samples successively taken samples with leadscrew.
RU2010124535/28A 2010-06-15 2010-06-15 Detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies RU2429494C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010124535/28A RU2429494C1 (en) 2010-06-15 2010-06-15 Detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010124535/28A RU2429494C1 (en) 2010-06-15 2010-06-15 Detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2429494C1 true RU2429494C1 (en) 2011-09-20

Family

ID=44758778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010124535/28A RU2429494C1 (en) 2010-06-15 2010-06-15 Detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2429494C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2511598C2 (en) * 2012-03-26 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Method of detecting random low-energy signals
WO2016094857A1 (en) * 2014-12-12 2016-06-16 Services Development Company LLC Data transmission via a high frequency radio band
RU2640431C1 (en) * 2016-07-01 2018-01-09 Акционерное Общество "Научно-исследовательский институт автоматизированных систем и комплексов связи "Нептун" Method of signal element rate provisioning in radio modems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под ред. A.M.Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.100-129). *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2511598C2 (en) * 2012-03-26 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" Method of detecting random low-energy signals
WO2016094857A1 (en) * 2014-12-12 2016-06-16 Services Development Company LLC Data transmission via a high frequency radio band
US9848025B2 (en) 2014-12-12 2017-12-19 Services Development Company LLC Data transmission via a high frequency radio band
RU2640431C1 (en) * 2016-07-01 2018-01-09 Акционерное Общество "Научно-исследовательский институт автоматизированных систем и комплексов связи "Нептун" Method of signal element rate provisioning in radio modems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018188228A1 (en) High-precision frequency measuring system and method
US7835687B2 (en) Jamming detector and jamming detecting method
US9991919B2 (en) Digital detection method
RU2429494C1 (en) Detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies
US7266465B1 (en) Wideband digital IFM receiver with frequency confirmation
US8194766B2 (en) Constant false alarm rate robust adaptive detection using the fast fourier transform
RU2382495C1 (en) Method for automatic detection of narrow-band signals
CN110146851B (en) Method for improving radar echo signal-to-noise ratio based on digital statistical characteristic analysis
US20170102452A1 (en) Range Sidelobe Suppression
US7738598B1 (en) Detection and time-of-arrival estimation using an IFM receiver
CN112649785A (en) Method for carrying out direction finding on low signal-to-noise ratio signal by utilizing coherent accumulation technology
CN112649678A (en) Antenna feeder measuring method and device, antenna feeder measuring device and tester
CN109752633B (en) Method and system for positioning partial discharge signal of transformer substation
CN116701840A (en) Method and system for optimizing and calculating cepstrum of mechanical vibration signal
RU2761983C2 (en) Method for determining frequencies of multiple signals in subsampling receiver
CN115541021A (en) Method for locating characteristic peak of Raman spectrum, electronic device and storage medium
Jayarama et al. Enhanced Wideband Frequency Estimation via FFT: Leveraging Polynomial Interpolation and Array Indexing
RU2776442C1 (en) Target noise signal processing method
RU2323452C1 (en) Radar signal detector
KR101483561B1 (en) Pulse integration apparatus and sidelobe level decreasing method therof
CN115950529B (en) Micro-angle resonance signal estimation method and device based on spectrum enhancement and electronic equipment
RU2572219C1 (en) Method of processing noise emission signal of object
CN115604066B (en) Low-cost narrowband interference frequency estimation method based on discrete Fourier transform
RU2403585C2 (en) Method of detecting signals in digital processing systems (versions)
US20240036159A1 (en) Pulse parameter detection for radar and communications using trained neural networks