RU2474842C1 - Simple impulse signal receiver - Google Patents
Simple impulse signal receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474842C1 RU2474842C1 RU2011132765/07A RU2011132765A RU2474842C1 RU 2474842 C1 RU2474842 C1 RU 2474842C1 RU 2011132765/07 A RU2011132765/07 A RU 2011132765/07A RU 2011132765 A RU2011132765 A RU 2011132765A RU 2474842 C1 RU2474842 C1 RU 2474842C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- input
- output
- wavelet
- time
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в средствах радиоконтроля, радиолокации и радионавигации для обработки сигналов.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in means of radio monitoring, radar and radio navigation for signal processing.
Известно большое многообразие приемников простого импульсного сигнала [А.П.Голубков, А.Д.Далматов, А.П.Лукошкин и др. Проектирование радиолокационных приемных устройств. Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов. Под ред. М.А.Соколова. - М.: Высшая школа, 1984 г. - 335 с., М.К.Белкин, В.Т.Белинский, Ю.Л.Мазор, Р.М.Терещук. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. К.: Высшая школа 1988 г. 1988 - 172 с.].A large variety of receivers of a simple pulse signal is known [A.P. Golubkov, A.D. Dalmatov, A.P. Lukoshkin and others. Design of radar receiving devices. Textbook for radio engineering specialties of universities. Ed. M.A.Sokolova. - M .: Higher school, 1984 - 335 p., M.K. Belkin, V.T. Belinsky, Yu.L. Mazor, R.M. Tereshchuk. Handbook for educational design of receiving-amplifying devices. K .: Higher school 1988 1988 - 172 p.].
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является оптимальный приемник простого импульсного сигнала [Давыдов Ю.Т., Данич Ю.С., Жуковский А.П. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. профессора А.П. Жуковского. М., «Высшая школа», 1989 г. 342 с., рис.12.1, с.234].Of the known devices closest in technical essence to the claimed (prototype) is the optimal receiver of a simple pulse signal [Davydov Yu.T., Danich Yu.S., Zhukovsky A.P. and other radio receivers. Ed. professors A.P. Zhukovsky. M., "Higher School", 1989. 342 pp., Fig. 12.1, p.234].
Представляется целесообразным перед раскрытием сути изобретения пояснить понятие «Приемник простого импульсного сигнала», составляющее название, заимствованное авторами из указанного источника. Содержательная трактовка понятия «Оптимальный приемник простого импульсного сигнала», включающая в себя описательную часть, структурную схему и аналитические соотношения приведено на стр.234-235 в параграфе 12.1 «Структурные схемы радиоприемников импульсных сигналов» указанного источника. Здесь же вводится определение простого импульсного сигнала в виде; «Под простым импульсным сигналом понимают одиночный высокочастотный импульс напряжения ограниченной длительности».It seems appropriate, before disclosing the essence of the invention, to clarify the concept of "Receiver of a simple pulse signal", which is the name borrowed by the authors from the specified source. A meaningful interpretation of the concept of “Optimal receiver of a simple pulse signal”, which includes a descriptive part, a block diagram and analytical relationships, is given on pages 234-235 in paragraph 12.1 “Block diagrams of pulse signal radios” of the indicated source. Here, the definition of a simple pulse signal in the form is introduced; “A simple pulse signal means a single high-frequency voltage pulse of limited duration.”
Заметим, что более строгое разделение сигналов на простые и сложные, включая импульсные, содержится в известном учебном пособии: Лёзин Ю.С. «Введение в теорию и технику радиотехнических систем.: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1986. - 280 с. Здесь этому вопросу посвящен параграф на стр.104, который называется «6.2.4. Понятие о простых и сложных сигналах». В соответствии с этим пособием под простым импульсным сигналом следует понимать прямоугольный радиоимпульс без внутриимпульсной модуляции или манипуляции с произведением ширины спектра на длительность импульса примерно равным единице.Note that a more strict separation of signals into simple and complex, including pulsed, is contained in the well-known textbook: Yu. S. Lezin "Introduction to the theory and technique of radio engineering systems .: Textbook. manual for universities. - M .: Radio and communications, 1986. - 280 p. Here, the paragraph on page 104, which is called “6.2.4. The concept of simple and complex signals. " In accordance with this manual, a simple pulse signal should be understood as a rectangular radio pulse without intrapulse modulation or manipulation of the product of the spectral width by the pulse duration of approximately equal to unity.
Известный оптимальный приемник простого импульсного сигнала содержит широкополосную линейную часть, вход которой является входом приемника, и последовательно включенный с ней оптимальный обнаружитель, выход которого является выходом приемника.The well-known optimal receiver of a simple pulse signal contains a broadband linear part, the input of which is the input of the receiver, and an optimum detector in series with it, the output of which is the output of the receiver.
Широкополосная линейная часть производит предварительную фильтрацию сигнала и его усиление до уровня, необходимого для качественной работы обнаружителя.The broadband linear part pre-filters the signal and amplifies it to the level necessary for high-quality detector operation.
Оптимальный обнаружитель реализует процедуру оптимальной фильтрации и принятия решения о наличии или отсутствии сигнала и может содержать, как линейные (согласованный фильтр, линейный детектор), так и нелинейные (пороговое устройство) элементы. Он может быть фильтрового или корреляционно-фильтрового типа.The optimal detector implements the optimal filtering procedure and decides on the presence or absence of a signal and may contain both linear (matched filter, linear detector) and nonlinear (threshold device) elements. It can be a filter or correlation-filter type.
Далее будем ориентироваться на оптимальный обнаружитель фильтрового типа, как наиболее широко распространенный, в составе последовательно включенных согласованного фильтра, линейного детектора и порогового устройства [см., например, Давыдов Ю.Г. и др. «Радиоприемные устройства.» М., «Высшая школа», 1989, 342 с., рис.12.2, с.235].Next, we will focus on the optimal filter-type detector, as the most widespread, consisting of a matched filter, a linear detector, and a threshold device, sequentially connected [see, for example, Davydov Yu.G. and others. "Radio receivers." M., "Higher School", 1989, 342 p., Fig. 12.2, p.235].
Недостатками известного приемника простого импульсного сигнала являются невысокие разрешающая способность по времени и обеспечиваемая потенциальная точность измерения временного положения импульсного сигнала.The disadvantages of the known receiver of a simple pulse signal are the low resolution in time and the potential accuracy of measuring the temporary position of the pulse signal.
Действительно, разрешающая способность по времени Δt для импульсного сигнала определяется в соответствии с критерием разрешения Релея и составляет Δt≅τ, где τ - длительность импульсного сигнала. Следовательно, если расстояние по временной оси между двумя импульсами, которые необходимо разрешить, менее τ, они не разрешаются и фиксируются оптимальным обнаружителем как один.Indeed, the time resolution Δt for a pulse signal is determined in accordance with the Rayleigh resolution criterion and is Δt≅τ, where τ is the duration of the pulse signal. Therefore, if the distance along the time axis between the two pulses that must be resolved is less than τ, they are not resolved and are recorded as one by the optimal detector.
Применительно, например, к системам радиоконтроля это исключает дальнейший раздельный анализ сигналов, а к радиолокации - раздельное наблюдение близкорасположенных объектов.As applied, for example, to radio monitoring systems, this excludes further separate analysis of signals, and to radar - separate monitoring of nearby objects.
Что касается обеспечиваемой приемником потенциальной точности измерения временного положения импульсного сигнала, то она также зависит от длительности сигнала и определяется среднеквадратической погрешностью σt в виде [Л.С.Беляевский, В.Г.Черкашин. Точность радиоэлектронных измерительных систем. - К.: Техника, 1981 г., 136 с.]As for the potential accuracy of measuring the temporal position of the pulse signal provided by the receiver, it also depends on the signal duration and is determined by the standard error σ t in the form [L. Belyaevsky, V. G. Cherkashin. Accuracy of electronic measuring systems. - K .: Technics, 1981, 136 pp.]
где q - отношение сигнал/шум на выходе оптимального фильтра, Кф - коэффициент, определяемый формой огибающей сигнала.where q is the signal-to-noise ratio at the output of the optimal filter, K f is the coefficient determined by the shape of the envelope of the signal.
Уменьшение длительности сигнала при его формировании для улучшения разрешающей способности и точности практически не всегда возможно в силу различных причин.Reducing the duration of the signal during its formation to improve resolution and accuracy is almost not always possible for various reasons.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в изменении структуры принимаемого сигнала для уменьшения его длительности после сжатия в согласованном фильтре.The problem to which the invention is directed is to change the structure of the received signal to reduce its duration after compression in a matched filter.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в улучшении разрешающей способности по времени и обеспечиваемой потенциальной точности измерения временного положения импульсного сигнала.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is to improve the resolution in time and the potential accuracy of measuring the temporary position of the pulse signal.
Технический результат достигается тем, что в известный приемник простого импульсного сигнала, содержащий широкополосную линейную часть, вход которой является входом приемника, оптимальный обнаружитель, выход которого является выходом приемника, введен блок модифицированного вейвлет-преобразования на основе вейвлета Морле, соединенный входом с выходом широкополосной линейной части, а выходом с входом обнаружителя, причем в блоке модифицированного вейвлет-преобразования на основе вейвлета Морле принятые импульсные сигналы преобразуют в сложный фазоманипулированный, сигнал, в согласованном фильтре обнаружителя производят независимое сжатие каждого из входных импульсных сигналов с обеспечением уменьшения их длительности, измеряют временное положение каждого импульсного сигнала и разрешают их по времени, при этом процедура модифицированного прямого вейвлет-преобразования (ПВП) осуществляется в соответствии с выражением:The technical result is achieved by the fact that in the known receiver of a simple pulse signal containing a broadband linear part, the input of which is the input of the receiver, the optimal detector, the output of which is the output of the receiver, a block of modified wavelet transform based on the Morlet wavelet is connected, connected to the input with the output of the broadband linear parts, and the output with the detector input, and in the block of the modified wavelet transform based on the Morlet wavelet, the received pulse signals are converted They are injected into a complex phase-manipulated signal, in the matched detector filter, each of the input pulse signals is independently compressed to ensure their duration is reduced, the temporary position of each pulse signal is measured and resolved in time, while the procedure of modified direct wavelet transform (PVP) is performed in according to the expression:
где S(t) - входной сигнал блока;where S (t) is the input signal of the block;
W(a,b) - выходной сигнал блока;W (a, b) is the output signal of the block;
ψ(a,b,t) - базис, конструируемый с помощью временного масштабного коэффициента а и сдвига по времени b в пределах длительности принимаемого сигнала в виде:ψ (a, b, t) is a basis constructed using the time scale factor a and the time shift b within the duration of the received signal in the form:
для действительной или мнимой части вейвлета Морле в виде:for the real or imaginary part of the Morlet wavelet in the form:
где t - время, f - частота, j - комплексная переменная;where t is time, f is frequency, j is a complex variable;
K - постоянный множитель, удовлетворяющий неравенству K>>Sm,K is a constant factor satisfying the inequality K >> S m ,
где Sm - амплитуда сигнала на входе блока;where S m is the amplitude of the signal at the input of the block;
с - постоянный множитель, удовлетворяющий неравенству с≥3;c is a constant factor satisfying the inequality c≥3;
π=3.14.π = 3.14.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в преобразовании простого импульсного сигнала с помощью блока модифицированного ПВП на основе вейвлета Морле в сложный фазоманипулированный сигнал, который, затем, сжимается в согласованном фильтре оптимального обнаружителя, обеспечивая уменьшение длительности, а следовательно, и улучшение разрешающей способности по времени и потенциальной точности измерения временного положения импульса.The essence of the invention consists in converting a simple pulse signal using a block of modified PVP based on the Morlet wavelet into a complex phase-manipulated signal, which is then compressed in a matched filter of the optimal detector, providing a reduction in duration and, consequently, an improvement in time resolution and potential accuracy measuring the temporary position of the pulse.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами графического материала. На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого приемника, где обозначено 1 - широкополосная линейная часть, 2 - блок модифицированного ПВП на основе вейвлета Морле, 3 - оптимальный обнаружитель. На фиг.2 и фиг.3 показаны характерные сечения вейвлет-спектра импульсного сигнала для обычного (фиг.2) и модифицированного ПВП (фиг.3) на основе вейвлета Морле. Эпюры фиг.4 иллюстрируют процесс обработки импульсного сигнала в элементах заявляемого приемника и прототипа. На фиг.5 показан аналогичный процесс для случая, когда входные импульсы накладываются друг на друга. На фиг.6 крупным планом представлены огибающие выходных сигналов согласованного фильтра для заявляемого и известного приемников.The invention is illustrated by drawings of graphic material. Figure 1 presents the structural diagram of the inventive receiver, where 1 is a broadband linear part, 2 is a block of modified PVP based on Morlet wavelet, 3 is an optimal detector. Figure 2 and figure 3 shows the characteristic section of the wavelet spectrum of the pulse signal for the usual (figure 2) and modified PVP (figure 3) based on the Morlet wavelet. The plot of figure 4 illustrates the process of processing a pulse signal in the elements of the inventive receiver and prototype. Figure 5 shows a similar process for the case when the input pulses overlap each other. Figure 6 closeup shows the envelopes of the output signals of the matched filter for the claimed and known receivers.
Обоснуем необходимость введения блока модифицированного ПВП на основе вейвлета Морле, реализующего процедуру (2).Let us justify the need to introduce a block of modified PVP based on the Morlet wavelet that implements procedure (2).
Применение вейвлет-преобразований (ВП) при обработке радиосигналов связано с реализацией фильтрующего свойства ВП. Задача ВП заключается в очищении от шума входной смеси, а алгоритм обработки сводится к прямому и обратному ВП (ПВП - ОВП).The use of wavelet transforms (VP) in the processing of radio signals is associated with the implementation of the filtering property of the VP. The task of the VP is to clear the input mixture from noise, and the processing algorithm is reduced to the forward and reverse VP (PVP - ORP).
При этом используются различные вейвлеты, а традиционное ПВП реализует в виде [В.П. Дьяконов. Вейвлеты. От теории к практике. М.: СОЛОН-Пресс, 2004 г. - 100 с.]In this case, various wavelets are used, and the traditional PVP implements in the form of [V.P. Deacons. Wavelets. From theory to practice. M .: SOLON-Press, 2004 - 100 p.]
Изучение свойств ВП и, в частности, вейвлета Морле (4) показывает, что именно этот вейвлет при определенных условиях обеспечивает достижение технического результата. Прежде всего, это связано с тем, что обработке подвергается радиоимпульсный сигнал, похожий на вейвлет. Действительно, вейвлет Морле имеет комплексный характер, локализован во времени и по частоте, непрерывен, одномерен, симметричен, имеет аналитическое задание. Но принципиальным является наличие такого свойства, как существование зоны нечувствительности к синусоидальному импульсному сигналу для определенных временных масштабных коэффициентов ПВП. Однако явно выраженным на частоте сигнала (при определенном значении коэффициента а) это свойство становится только в том случае, если вместо традиционного ПВП (5) используется модифицированное ПВП (2). Трансформация традиционного ПВП осуществляется, во-первых, путем замены в нем в подынтегральном выражении скалярного произведения (S(t), ψ(a,b,t)) на скалярное пересечение (S(t)∩ψ(a,b,t) [В.И.Гордиенко, С.Е.Дубровский, Р.И.Рюмшин, Д.В.Фенев. Универсальный, многофункциональный элемент системы обработки информации. «Радиоэлектроника». Изв. ВУЗов, №3, 1998, с.13-17], которое имеет вид:A study of the properties of the VP and, in particular, the Morlet wavelet (4) shows that it is this wavelet under certain conditions that ensures the achievement of a technical result. First of all, this is due to the fact that a radio pulse signal, similar to a wavelet, is subjected to processing. Indeed, the Morlet wavelet is complex, localized in time and frequency, continuous, one-dimensional, symmetrical, and has an analytical task. But fundamental is the presence of such a property as the existence of a zone of insensitivity to a sinusoidal pulse signal for certain temporal scale coefficients of the PVP. However, this property becomes pronounced at the signal frequency (for a certain value of coefficient a) only if a modified PVP (2) is used instead of the traditional PVP (5). The transformation of traditional PVP is carried out, firstly, by replacing the scalar product (S (t), ψ (a, b, t)) in it in the integrand with the scalar intersection (S (t) ∩ψ (a, b, t) [V.I. Gordienko, S.E. Dubrovsky, R.I. Ryumshin, D.V. Fenev. Universal, multifunctional element of the information processing system. "Radioelectronics". Izv. VUZov, No. 3, 1998, p.13- 17], which has the form:
Во-вторых, правомерность и адекватность такой замены имеет место в том случае, если элементы базиса ψ(a,b,t) участвуют в (6) с некоторым коэффициентом К. Значение К определяется из условия допустимой погрешности при реконструкции исходного сигнала в результате ОВП.Secondly, the validity and adequacy of such a substitution takes place if the elements of the basis ψ (a, b, t) participate in (6) with a certain coefficient K. The value of K is determined from the condition of the permissible error in the reconstruction of the initial signal as a result of the ORP .
Анализ показал, что значения коэффициента должно удовлетворять неравенству K>>Sm, где Sm - амплитуда сигнала на входе блока ВП.The analysis showed that the coefficient values must satisfy the inequality K >> S m , where S m is the amplitude of the signal at the input of the VP unit.
Это соотношение получено путем вычисления функционала расстояния ρ(K) для различных значений К в виде.This relation is obtained by calculating the distance functional ρ (K) for various values of K in the form.
Здесь Sp1(t) - реконструированный в результате традиционного ПВП - ОВП сигнал;Here S p1 (t) is the signal reconstructed as a result of the traditional PVP - ORP signal;
Sp2(t, K) - реконструированный в результате модифицированного ПВП - ОВП сигнал;S p2 (t, K) - reconstructed as a result of the modified PVP - ORP signal;
ΔT - интервал существования сигнала;ΔT is the signal existence interval;
T1, T2, - границы интервала.T 1 , T 2 , are the boundaries of the interval.
Значение K определяется из условияThe value of K is determined from the condition
где ρдоп ~ единицы процентов.where ρ add ~ units of percent.
Тогда (6) преобразуется к виду:Then (6) transforms to the form:
Следует заметить, что применение скалярного пересечения вместо скалярного умножения помимо достижения технического результата обеспечивает сокращение вычислительных затрат при цифровой реализации алгоритмов обработки сигналов.It should be noted that the use of scalar intersection instead of scalar multiplication in addition to achieving a technical result provides a reduction in computational costs in the digital implementation of signal processing algorithms.
В-третьих, анализ показал, что для заданного базиса ψ(a,b,t) и выбранного значения временного масштабного коэффициента а при переходе к модифицированному ПВП целесообразно для подчеркивания свойства нечувствительности на определенном интервале, формирования фазоманипулированного сигнала и сокращения вычислений ограничивать пределы интегрирования в (5) некоторыми «эффективными» размерами. Тем более, что физически это вполне оправдано тем, что вейвлет Морле хорошо локализован во времени.Thirdly, the analysis showed that for a given basis ψ (a, b, t) and a selected value of the temporal scale factor a, when switching to a modified PVP, it is advisable to emphasize the integration limits in (5) some “effective” sizes. Moreover, physically this is completely justified by the fact that the Morlet wavelet is well localized in time.
То есть в общем случае для ПВП на пересечении можно записать:That is, in the general case for PVP at the intersection, we can write:
Здесь t1 и t2 текущие пределы интегрирования.Here t 1 and t 2 are the current limits of integration.
Моделирование и анализ показали, что для достижения технического результата эти пределы следует задавать в виде:Modeling and analysis showed that to achieve a technical result, these limits should be set in the form:
t1=b-c·a, t2=b+c·a, где значение коэффициента с принято: с≥3 из условия (8).t 1 = bc · a, t 2 = b + c · a, where the value of coefficient c is accepted: с≥3 from condition (8).
Результаты моделирования традиционного ПВП в соответствии с (5) и модифицированного ПВП в соответствии с (2) радиоимпульса единичной амплитуды с несущей частотой f=8·106 Гц приведены на фиг.2 и фиг.3.The simulation results of traditional PVP in accordance with (5) and modified PVP in accordance with (2) of a single-amplitude radio pulse with a carrier frequency f = 8 · 10 6 Hz are shown in Fig. 2 and Fig. 3.
Здесь в координатах время-амплитуда (в условных единицах) показаны характерные сечения вейвлет-спектра радиоимпульса для традиционного ПВП (фиг.2) и модифицированного ПВП (фиг.3).Here, the coordinates of the time-amplitude (in arbitrary units) show the characteristic sections of the wavelet spectrum of the radio pulse for traditional PVP (figure 2) and modified PVP (figure 3).
На фиг.2,а изображен исследуемый радиоимпульс. Эпюры 6, в, г, д, е, ж иллюстрируют сечения вейвлет-спектра для а=3, а=6, а=7, а=9, а=11, a=12 соответственно. Как видно из рисунка, зоны нечувствительности проявляются на а=3, а=6, а=11, а=12. Приемлемые для анализа сечения, где сохраняется несущая частота и достаточная амплитуда, имеют место при а=7 и а=9, однако на этих масштабах у традиционного ПВП отсутствуют зоны нечувствительности и практически исключена возможность сжатия сигнала.Figure 2, a shows the studied radio pulse. Diagrams 6c, d, d, e, f, g illustrate the cross sections of the wavelet spectrum for a = 3, a = 6, a = 7, a = 9, a = 11, a = 12, respectively. As can be seen from the figure, dead zones appear on a = 3, a = 6, a = 11, a = 12. Sections that are acceptable for analysis, where the carrier frequency and sufficient amplitude are preserved, occur at a = 7 and a = 9, however, at these scales, the traditional PVP does not have dead zones and the signal compression is practically excluded.
Исследуемый радиоимпульс и аналогичные сечения вейвлет-спектра для модифицированного ПВП показаны на фиг.3. Здесь так же, как и в случае традиционного ПВП, приемлемыми для анализа сечениями с сохраненной несущей частотой являются сечения а=7 и а=9 (фиг.3 г,д). Однако достижению технического результата удовлетворяет только сечение а=9. Это сечение представляет собой амплитудно-модулированный фазоманипулированный сигнал в виде двух пар парциальных радиоимпульсов, расположенных попарно симметрично на участке длительности анализируемого радиоимпульса. Длительность парциального импульса соответствует длительности вейвлета Морле τв.The studied radio pulse and similar sections of the wavelet spectrum for the modified PVP are shown in Fig.3. Here, as in the case of traditional PVP, the cross-sections a = 7 and a = 9 are acceptable for analysis with the cross-sections with the stored carrier frequency (Fig. 3 g, d). However, the achievement of the technical result is satisfied only by the cross section a = 9. This cross section is an amplitude-modulated phase-shifted signal in the form of two pairs of partial radio pulses located pairwise symmetrically in the duration section of the analyzed radio pulse. The duration of the partial pulse corresponds to the duration of the Morlet wavelet τ c .
Таким образом, выбор соответствующего значения временного масштабного коэффициента а связан с анализом сечений вейвлет-спектра модифицированного ПВП.Thus, the choice of the corresponding value of the temporal scale factor a is associated with the analysis of the cross sections of the wavelet spectrum of the modified PVP.
Полученный сигнал может быть сжат в согласованном фильтре до длительности парциального импульса, что обеспечивает улучшение разрешения по времени и потенциальной точности измерения временного положения.The received signal can be compressed in a matched filter to the duration of a partial pulse, which provides an improvement in the time resolution and potential accuracy of measuring the temporary position.
Принцип работы предлагаемого приемника заключается в следующем.The principle of operation of the proposed receiver is as follows.
Пусть на входе приемника (фиг.1) на фоне шума n(t) с нормальным распределением мгновенных значений действует полезный сигнал Uc(t)=Smsin(2π·f·t), представляющий собой прямоугольный радиоимпульс длительностью τ.Let the useful signal U c (t) = S m sin (2π · f · t), which is a rectangular radio pulse of duration τ, act at the input of the receiver (Fig. 1) against a background of noise n (t) with a normal distribution of instantaneous values.
После преобразования на промежуточную частоту и усиления в широкополосной части (блок 1, фиг.1) смесь полезного сигнала и шума S(t)=Uc(t)+n(t) (фиг.4,а) подается на блок 2. В блоке 2 с входной смесью производится модифицированное ПВП в соответствии с (2). При этом а=9, с=3, K>>Sm, где Sm=1, а в качестве базисной функции используется мнимая часть вейвлета Морле (4), показанная на фиг.4,б.After conversion to an intermediate frequency and amplification in the broadband part (block 1, Fig. 1), a mixture of the useful signal and noise S (t) = U c (t) + n (t) (Fig. 4, a) is supplied to block 2. In
В результате модифицированного ПВП на выходе блока 2 будет амплитудно-модулированный фазоманипулированный сигнал в составе четырех парциальных радиоимпульсов (фиг.4,в). Здесь длительность входного радиоимпульса подобрана таким образом, что парциальные радиоимпульсы выходного сигнала блока 2 примыкают друг к другу. В общем случае, когда τ>4τв выходной сигнал представляет собой две пары радиоимпульсов, разделенных зоной нечувствительности (фиг.3,д).As a result of the modified PVP, the output of
На фиг.4,в представлен предельный (наихудший) с точки зрения выигрыша в разрешении и потенциальной точности случай.Figure 4c shows the marginal (worst) case in terms of gain in resolution and potential accuracy.
С выхода блока 2 амплитудно-модулированный фазоманипулированный сигнал и шум поступают в оптимальный обнаружитель (блок 3), фильтр которого согласован с полезным сигналом.From the output of
В результате согласованной фильтрации на выходе фильтра имеет место автокорреляционная функция в виде центрального пика длительностью τв и боковых лепестков (фиг.4,г), представляющая собой сжатый во времени сигнал. После детектирования в обнаружителе получаем огибающую автокорреляционной функции, которая представлена на фиг.4,д.As a result of matched filtering, an autocorrelation function takes place at the filter output in the form of a central peak of duration τ in and side lobes (Fig. 4d), which is a time-compressed signal. After detection in the detector, we obtain the envelope of the autocorrelation function, which is presented in figure 4, d.
Для сравнения на фиг.4 показаны выходной сигнал согласованного фильтра для прототипа (фиг.4,е), представляющий собой радиоимпульс ромбовидной формы, и его огибающая на выходе детектора обнаружителя (фиг.4,ж).For comparison, figure 4 shows the output of the matched filter for the prototype (figure 4, e), which is a diamond-shaped radio pulse, and its envelope at the output of the detector detector (figure 4, g).
Качественный анализ (сравнение) выходных сигналов для заявляемого устройства (фиг.4,д) и прототипа (фиг.4,ж) свидетельствует об очевидном выигрыше заявляемого устройства с точки зрения разрешающей способности и точности. Количественная оценка выигрыша будет дана далее.Qualitative analysis (comparison) of the output signals for the inventive device (figure 4, e) and prototype (figure 4, g) indicates an obvious gain of the claimed device in terms of resolution and accuracy. Quantification of the winnings will be given below.
Эпюры на всех рисунках представлены в координатах амплитуда-время в относительных единицах.The diagrams in all the figures are presented in amplitude-time coordinates in relative units.
Имитационное моделирование работы заявляемого приемника и прототипа проводилось для рабочей частоты f=8·106 Гц при частоте дискретизации fд=54·106 Гц в предположении об отсутствии потерь полезного сигнала.Simulation of the operation of the claimed receiver and prototype was carried out for the operating frequency f = 8 · 10 6 Hz at a sampling frequency f d = 54 · 10 6 Hz under the assumption that there is no loss of the useful signal.
На фиг.5 иллюстрируется процесс разрешения двух накладывающихся друг на друга радиоимпульсов. Эпюры здесь аналогичны приведенным на фиг.4.Figure 5 illustrates the process of resolving two superimposed radio pulses. The diagrams here are similar to those shown in figure 4.
На входе заявляемого приемника действует два накладывающихся друг на друга импульса со случайной фазой, разными амплитудами и одинаковой длительности (фиг.5,а). На выходе блока модифицированного ПВП также будет аддитивная смесь накладывающихся друг на друга амплитудно-модулированных фазоманипулированных сигналов (фиг.5,в). Согласованный фильтр обнаружителя производит независимое сжатие каждого из входных сигналов, обеспечивая возможность их разрешения. Выходные сигналы после прохождения через согласованный фильтр представлены на фиг.5,г, а огибающие этих сигналов после детектора показана на фиг.5,д.At the input of the inventive receiver, two impulses superimposed on each other with a random phase, different amplitudes and the same duration act (figure 5, a). At the output of the modified PVP block there will also be an additive mixture of amplitude-modulated phase-manipulated signals superimposed on each other (Fig. 5, c). The matched detector filter performs independent compression of each of the input signals, providing the possibility of their resolution. The output signals after passing through a matched filter are shown in Fig. 5, d, and the envelopes of these signals after the detector are shown in Fig. 5, d.
Как видно из представленных эпюр, накладывающиеся друг на друга сигналы в предлагаемом приемнике вполне разрешаются.As can be seen from the presented plots, overlapping signals in the proposed receiver are completely resolved.
В то же время выходные сигналы фильтра для прототипа (фиг.5,е) и их огибающая (фиг.5,ж) свидетельствуют об отсутствии разрешения по времени.At the same time, the filter output signals for the prototype (Fig. 5, e) and their envelope (Fig. 5, g) indicate the lack of time resolution.
Для количественной оценки выигрыша в разрешающей способности по времени и точности измерения временного положения импульса воспользуемся представленными на фиг.6 крупным планом огибающими выходных сигналов заявляемого и известного приемников, совмещенными на одном рисунке.To quantify the gain in time resolution and the accuracy of measuring the temporal position of the pulse, we use the close-up envelopes of the output signals of the claimed and known receivers shown in Fig. 6, combined in one figure.
Выигрыш Kр в разрешающей способности определим, как отношения разрешающих способностей известного Δtu и заявляемого Δtз приемников:The gain K p in resolving power is defined as the ratio of the resolving powers of the known Δt u and the claimed Δt s receivers:
Исходя из критерия Релея Δtз≈τв (фиг.6) и не зависит от длительности входного сигнала. Аналогично для известного приемника Δtu=τ. Представим длительность входного сигнала в виде целого числа τв:τ≈nτв, n=3, 4, 5… .Based on the Rayleigh criterion Δt s ≈τ in (Fig.6) and does not depend on the duration of the input signal. Similarly, for a known receiver Δt u = τ. Imagine the duration of the input signal as an integer τ in : τ≈nτ in , n = 3, 4, 5 ....
Согласно (11) выигрыш будет определяться соотношениемAccording to (11), the gain will be determined by the relation
Учитывая предельный случай, рассмотренный в примере реализации, n≥3…4. Выигрыш Kt в обеспечиваемой заявляемым приемником потенциальной точности измерения временного положения определим аналогичным образом, как отношение среднеквадратических погрешностей измерения для известного σtu и заявляемого σtз приемниковGiven the extreme case considered in the implementation example, n≥3 ... 4. The gain K t in the potential accuracy of the measurement of the temporary position provided by the claimed receiver is defined in the same way as the ratio of the standard errors of the measurement for the known σ tu and the claimed σ tz receivers
Тогда для заявляемого приемника, исходя из принципа его работы и определения потенциальной среднеквадратической погрешности, можно записать:Then, for the inventive receiver, based on the principle of its operation and determination of the potential mean square error, we can write:
где Ес - энергия сигнала на выходе фильтра обнаружителя, No - спектральная плотность шума.where E c is the energy of the signal at the output of the detector filter, N o is the spectral noise density.
Для заявляемого приемника справедливо соотношение Еc≈Рu·4τв. Здесь Pu - импульсная мощность парциального импульса на выходе фильтра. Тогда (13) преобразуется к виду:For the inventive receiver, the relation E c ≈P u · 4τ in . Here P u is the pulse power of the partial pulse at the filter output. Then (13) transforms to the form:
Для известного приемника потенциальная точность измерения определяется соотношением:For a known receiver, the potential measurement accuracy is determined by the ratio:
Но τ≈n·τв, а Еc≈Pu·n·τв и (15) приобретает вид:But τ≈n · τ in , and Е c ≈P u · n · τ in and (15) takes the form:
Тогда с учетом (14) и (16) выигрыш в потенциальной точности измерения временного положения, обеспечиваемый заявляемым приемником, будет:Then, taking into account (14) and (16), the gain in the potential accuracy of measuring the temporary position provided by the claimed receiver will be:
Напомним, что n - количество парциальных импульсов, определяемых эффективной длительностью вейвлета Морле, укладывающихся на интервале длительности импульсного сигнала. Например, для предельного случая n=4, тогда Kt≈4. Заметим, что приведенные рассуждения в части обоснования выигрыша и возможности увеличения n справедливы до того момента, пока отношение сигнал/шум на выходе линейной части существенно превышает единицу, что является обычным требованием в теории и практике радиотехнических измерений.Recall that n is the number of partial pulses determined by the effective duration of the Morlet wavelet, falling within the interval of the duration of the pulse signal. For example, for the limiting case n = 4, then K t ≈4. Note that the above considerations regarding the justification of the gain and the possibility of increasing n are valid until the signal-to-noise ratio at the output of the linear part substantially exceeds unity, which is a common requirement in the theory and practice of radio engineering measurements.
Таким образом, полученные оценки и результаты моделирования подтверждают работоспособность, реализуемость и достижение технического результата заявляемым приемником, который, по сравнению известным приемником, заключается в улучшении разрешающей способности по времени и потенциальной точности измерения временного положения импульсного сигнала, по крайней мере, в несколько раз.Thus, the obtained estimates and simulation results confirm the operability, feasibility and achievement of the technical result by the claimed receiver, which, in comparison with the known receiver, consists in improving the time resolution and potential accuracy of measuring the temporal position of the pulse signal, at least several times.
Возможность практической реализации заявляемого приемника следует из того, что он строится на типовых, известных и технологически отработанных элементах и алгоритмах.The possibility of practical implementation of the inventive receiver follows from the fact that it is based on standard, well-known and technologically developed elements and algorithms.
Например, возможно его построение по универсальной аналогово-цифровой схеме.For example, it is possible to build it according to a universal analog-digital circuit.
В этом случае широкополосная часть строится в аналоговом виде, а блок модифицированного ПВП и оптимальный обнаружитель - в цифровом на основе высокоскоростных многоразрядных АЦП, цифровых преобразователей частоты на основе цифровых синтезаторов DDS и программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС), позволяющих путем реконфигурации своей «прошивки» всю трудоемкость по организации процедур обработки сосредоточить в области программного обеспечения при неизменной аппаратной части.In this case, the broadband part is built in analog form, and the modified PVP unit and the optimal detector are digitally built on the basis of high-speed multi-bit ADCs, digital frequency converters based on digital DDS synthesizers and programmable logic integrated circuits (FPGAs), which allow reconfiguring your “firmware” concentrate all the complexity of organizing processing procedures in the field of software with the same hardware.
Подобное построение аппаратуры на современной элементной базе приведено в статье Н.Г.Пархоменко, Б.М.Баташов «Решение задачи оптимальной обработки сигналов со сложными видами модуляции при помощи универсальных устройств на ПЛИС». «Радиоконтроль». Выпуск №5, 2002 г. с.81-88, рис.1, с.82, рис.2,3, с.83, рис.4, с.85.A similar construction of equipment on a modern element base is given in an article by N. G. Parhomenko, B. M. Batashov “Solving the problem of optimal signal processing with complex types of modulation using universal FPGA devices”. "Radio control". Issue No. 5, 2002, p. 81-88, fig. 1, p. 82, fig. 2,3, p. 83, fig. 4, p. 85.
Анализ известных технических решений в области принципов и устройств приема импульсных сигналов показывает, что заявляемое изобретение благодаря существенным признакам, определившим путь достижения технического результата, не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и соответствует требованию «изобретательского уровня».The analysis of known technical solutions in the field of principles and devices for receiving pulse signals shows that the claimed invention, due to the essential features that determined the way to achieve a technical result, does not explicitly follow from the prior art and meets the requirement of "inventive step".
Заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить в заявляемом объекте существенные по отношению к техническому результату отличительные признаки, что позволяет считать заявленное изобретение удовлетворяющем критерию «изобретательская новизна».The applicant has not found an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed us to identify distinctive features that are significant in relation to the technical result in the claimed object, which allows us to consider the claimed invention satisfying the criterion of "inventive novelty".
Claims (1)
где S(t) - входной сигнал блока;
W(a,b) - выходной сигнал блока;
ψ(a,b,t) - базис, конструируемый с помощью временного масштабного коэффициента а и сдвига по времени b в пределах длительности принимаемого сигнала в виде
K - постоянный множитель, удовлетворяющий неравенству K>>Sm,
где Sm - амплитуда сигнала на входе блока;
с - постоянный множитель, удовлетворяющий неравенству с≥3. A receiver of a simple pulse signal containing a broadband linear part, the input of which is the input of the receiver, an optimal detector, the output of which is the output of the receiver, characterized in that a modified direct wavelet transform unit based on the Morlet wavelet is connected, connected to the input with the output of the broadband linear part, and the output with the detector input, and in the block of the modified wavelet transform based on the Morlet wavelet, the received pulse signals are converted into a complex phase manipulation signal, in a matched detector filter, each of the input pulse signals is independently compressed to ensure their duration is reduced, the time position of each pulse signal is measured and resolved in time, while the modified direct wavelet transform procedure is carried out in accordance with the expression:
where S (t) is the input signal of the block;
W (a, b) is the output signal of the block;
ψ (a, b, t) is a basis constructed using the time scale factor a and the time shift b within the duration of the received signal in the form
K is a constant factor satisfying the inequality K >> S m ,
where S m is the amplitude of the signal at the input of the block;
c is a constant factor satisfying the inequality c≥3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011132765/07A RU2474842C1 (en) | 2011-08-03 | 2011-08-03 | Simple impulse signal receiver |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011132765/07A RU2474842C1 (en) | 2011-08-03 | 2011-08-03 | Simple impulse signal receiver |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2474842C1 true RU2474842C1 (en) | 2013-02-10 |
Family
ID=49120537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011132765/07A RU2474842C1 (en) | 2011-08-03 | 2011-08-03 | Simple impulse signal receiver |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2474842C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754088C2 (en) * | 2019-10-15 | 2021-08-27 | Федеральное казённое учреждение "Войсковая часть 15644" | Method for retrieval of complex signal envelope estimations |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0816863A2 (en) * | 1996-07-03 | 1998-01-07 | Litton Systems, Inc. | A wide band video denoiser and method for denoising |
| US5990823A (en) * | 1997-05-07 | 1999-11-23 | Lockheed Martin Corporation | Wavelet-based radar |
| US6385543B1 (en) * | 2000-05-17 | 2002-05-07 | The United States Of America Represented By The National Security Agency | Method of feature extraction using combination of wavelet and fourier transformation |
| RU2246132C2 (en) * | 2003-01-09 | 2005-02-10 | Военно-морской институт радиоэлектроники | Method and device for fast computing of discontinuous wavelet-conversion of signal with random discretization step of scale coefficients |
| RU2282209C1 (en) * | 2004-12-07 | 2006-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Method and device for detection of complex wideband frequency-modulated signal with filtration within scale-time area |
| JP2006226779A (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-31 | Toshiba Corp | Radar |
| RU2321007C1 (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-27 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Method of measuring local energy frequency spectra and reflection factor of radio wave-absorbing material |
| JP2009264900A (en) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Toshiba Corp | Target detector |
-
2011
- 2011-08-03 RU RU2011132765/07A patent/RU2474842C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0816863A2 (en) * | 1996-07-03 | 1998-01-07 | Litton Systems, Inc. | A wide band video denoiser and method for denoising |
| US5990823A (en) * | 1997-05-07 | 1999-11-23 | Lockheed Martin Corporation | Wavelet-based radar |
| US6385543B1 (en) * | 2000-05-17 | 2002-05-07 | The United States Of America Represented By The National Security Agency | Method of feature extraction using combination of wavelet and fourier transformation |
| RU2246132C2 (en) * | 2003-01-09 | 2005-02-10 | Военно-морской институт радиоэлектроники | Method and device for fast computing of discontinuous wavelet-conversion of signal with random discretization step of scale coefficients |
| RU2282209C1 (en) * | 2004-12-07 | 2006-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова | Method and device for detection of complex wideband frequency-modulated signal with filtration within scale-time area |
| JP2006226779A (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-31 | Toshiba Corp | Radar |
| RU2321007C1 (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-27 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Method of measuring local energy frequency spectra and reflection factor of radio wave-absorbing material |
| JP2009264900A (en) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Toshiba Corp | Target detector |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Давыдов Ю.Г. и др. Радиоприемные устройства. - М.: Высшая школа, 1989, с.235, рис.12.2. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754088C2 (en) * | 2019-10-15 | 2021-08-27 | Федеральное казённое учреждение "Войсковая часть 15644" | Method for retrieval of complex signal envelope estimations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI575245B (en) | Signal-processing systems and methods for echo ranging systems, and related computer program products | |
| Maleh et al. | Analog-to-information and the Nyquist folding receiver | |
| US9892319B2 (en) | Fingerprint detection apparatus and method | |
| US8116709B2 (en) | Frequency measuring broadband digital receiver | |
| US8401050B1 (en) | Multiple projection sampling for RF sampling receivers | |
| Helton et al. | FPGA-based 1.2 GHz bandwidth digital instantaneous frequency measurement receiver | |
| CN110383063B (en) | Structure for detecting concrete by means of electromagnetic waves | |
| CN108873050B (en) | Digital measurement method and device for beam position in electronic storage ring | |
| Gupta et al. | Multi-Bit Digital Receiver Design For Radar Signature Estimation | |
| US20160241253A1 (en) | Two-stage digital down-conversion of rf pulses | |
| RU2435168C1 (en) | Method for harmonic analysis of periodic multifrequency signal | |
| RU2474842C1 (en) | Simple impulse signal receiver | |
| CN109716720B (en) | Time sequential spectrum stitching | |
| Ignjatović et al. | Chromatic derivatives and approximations in practice—part II: nonuniform sampling, zero-crossings reconstruction, and denoising | |
| WO2014123433A1 (en) | A method of and a circuit for radar signal compression | |
| RU2621319C1 (en) | Method and device for measuring distance in double-frequency nonlinear radar | |
| US9726702B2 (en) | Impedance measurement device and method | |
| US6411914B1 (en) | System and method for coherent signal detection using wavelet functions | |
| Bjørndal | Single bit radar systems for digital integration | |
| RU2166769C1 (en) | System detecting and identifying objects including elements with nonlinear volt-ampere characteristics | |
| RU2550757C1 (en) | Device for detecting hydroacoustic noise signals based on quadrature receiver | |
| Delagnes | What is the theoretical time precision achievable using a dCFD algorithm? | |
| RU2528081C2 (en) | Pulsed signal receiver | |
| RU2776776C1 (en) | Automatic gain control system with signal delay for the time of evaluating the power of an additive mixture of signal and interference | |
| RU2800494C1 (en) | Device for digital signal processing in pulsed-doppler radar with compensation of target migration by range and fm doppler signals in one period of radiating and receiving radio pulses |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130804 |