RU2485692C1 - Method to detect signals without carrier - Google Patents
Method to detect signals without carrier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485692C1 RU2485692C1 RU2012107549A RU2012107549A RU2485692C1 RU 2485692 C1 RU2485692 C1 RU 2485692C1 RU 2012107549 A RU2012107549 A RU 2012107549A RU 2012107549 A RU2012107549 A RU 2012107549A RU 2485692 C1 RU2485692 C1 RU 2485692C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fragment
- fragments
- signal
- digitized signal
- parameters
- Prior art date
Links
- 239000000969 carrier Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000051 modifying Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 36
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 9
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001809 detectable Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно - к способам обнаружения сигналов в условиях априорной неопределенности о времени их излучения и может быть использовано в системах радиоконтроля, работающих в условиях аддитивных шумов высокой интенсивности.The invention relates to radio engineering, and in particular to methods for detecting signals under conditions of a priori uncertainty about the time of their radiation and can be used in radio monitoring systems operating in conditions of additive noise of high intensity.
Известен способ обнаружения сигналов, реализованный в обнаружителях, описанных в книге Левина Б.Р. Теоретические основы статистической электротехники, М.: Сов. радио, 1968, с.345-346, рис.26.A known method for detecting signals implemented in the detectors described in the book of Levine B.R. Theoretical Foundations of Statistical Electrical Engineering, Moscow: Sov. Radio, 1968, p. 345-346, Fig. 26.
Способ основан на нелинейной обработке реализации входной выборки и заключается в следующем. Входную реализацию раскладывают на квадратурные составляющие, которые фильтруют с помощью двух фильтров, согласованных с составляющими сигнала. Затем формируют суммы и разности входных значений в каждой группе фильтров, которые подвергают двухполупериодному квадратичному детектированию. Результаты детектирования суммируют и сравнивают с пороговым уровнем. Решение об обнаружении сигнала принимают в случае превышения суммы продетектированных величин порогового уровня.The method is based on non-linear processing of the implementation of the input sample and consists in the following. The input implementation is decomposed into quadrature components, which are filtered using two filters, matched with the signal components. Then the sums and differences of the input values are formed in each group of filters, which are subjected to biannual quadratic detection. The detection results are summarized and compared with a threshold level. The decision to detect a signal is made if the sum of the detected threshold level values is exceeded.
Недостатком способа-аналога является то, что он приемлем только в случаях обнаружения сигналов с известными параметрами.The disadvantage of the analogue method is that it is acceptable only in cases of detection of signals with known parameters.
Известен способ обнаружения узкополосных сигналов, реализованный в обнаружителе сигналов по патенту RU №2110150 С1 6 Н04В 1/10, G01S 7/292 от 23.01.97 г.A known method for detecting narrowband signals implemented in the signal detector according to patent RU No. 2110150 C1 6 H04B 1/10, G01S 7/292 from 01/23/97
В известном способе принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования. Затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала, для чего формируют оцифрованный сигнал, сдвинутый относительно исходного на один такт и вычисляют коэффициент корреляции между исходным сигналом и его сдвинутой версией. Результаты корреляционной обработки выбирают в качестве параметров оцифрованного сигнала. После этого сравнивают рассчитанные параметры оцифрованного сигнала с порогом принятия решения, который вычисляют, используя дополнительную информацию о математическом ожидании обнаруживаемого сигнала, дисперсии шума и величине порогового значения. Решение о факте обнаружения сигнала принимают в том случае, если параметры оцифрованного сигнала превышают порог принятия решения.In the known method, an analog signal is received, digitized, for which the operations of sampling, quantization and coding are sequentially performed. Then, the parameters of the digitized signal are calculated, for which a digitized signal is formed, shifted from the original one clock cycle, and the correlation coefficient between the original signal and its shifted version is calculated. The results of correlation processing are selected as parameters of the digitized signal. After that, the calculated parameters of the digitized signal are compared with the decision threshold, which is calculated using additional information about the expected value of the detected signal, the noise variance, and the threshold value. The decision on the fact of signal detection is made if the parameters of the digitized signal exceed the decision threshold.
Недостатком известного способа является узкая область применения, так как его реализация возможна только при известных параметрах шума и обнаруживаемых сигналов.The disadvantage of this method is the narrow scope, since its implementation is possible only with known parameters of noise and detected signals.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному является способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов, описанный в патенте РФ №2382495 С1 от 20.02.2010 г.The closest analogue in technical essence to the claimed one is the method for automatic detection of narrowband signals described in the patent of the Russian Federation No. 2382495 C1 of 02/20/2010
В ближайшем аналоге принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования. Затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала, для чего формируют его спектральное представление путем выполнения над ним преобразования Фурье. После этого рассчитывают пороговый уровень шума путем вычисления удвоенного значения выборочного среднего компонент спектрального представления и оценивают уровни каждой из спектральных компонент из последовательности спектрального представления путем их сравнения с вычисленным пороговым уровнем шума. Затем формируют первую и вторую последовательности, соответственно из спектральных компонент, превысивших пороговый уровень шума и не превысивших его. После этого раздельно суммируют компоненты, входящие в первую и вторую последовательности, и вычисляют значение отношения найденных сумм. Затем сравнивают значение отношения найденных сумм с предварительно заданным пороговым значением. Решение о факте обнаружения сигнала принимают при условии, что значение отношения найденных сумм превышает предварительно заданное пороговое значение.In the closest analogue, an analog signal is received, digitized, for which the operations of sampling, quantization and coding are sequentially performed. Then, the parameters of the digitized signal are calculated, for which they form their spectral representation by performing the Fourier transform on it. After that, the threshold noise level is calculated by calculating the double value of the sample average components of the spectral representation and the levels of each of the spectral components from the sequence of the spectral representation are estimated by comparing them with the calculated threshold noise level. Then form the first and second sequences, respectively, of spectral components that exceed the threshold noise level and do not exceed it. After that, the components in the first and second sequences are separately summed and the ratio of the found sums is calculated. Then, the ratio of the found amounts is compared with a predetermined threshold value. The decision on the fact of signal detection is made provided that the ratio of the found sums exceeds a predetermined threshold value.
Недостатком известного способа является относительно узкая область его применения, так как он не позволяет достоверно обнаруживать одиночные кратковременные сигналы без несущей в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в пределах каждого фрейма [Челышев В.Д., Потапов С.Г., Фокин А.О. UWB - начальные представления во временной и спектральной областях // Информация. Космос №1, 2007 г., С.45-59]. Фрейм представляет временной фрагмент, в пределах которого находится только один полезный обнаруживаемый сигнал без несущей.The disadvantage of this method is the relatively narrow scope of its application, since it does not allow reliable detection of single short-term signals without a carrier under conditions of a priori uncertainty about the time of their radiation within each frame [Chelyshev VD, Potapov SG, Fokin A. ABOUT. UWB - initial representations in the time and spectral domains // Information. Space No. 1, 2007, S. 45-59]. A frame represents a time fragment within which there is only one useful detectable signal without a carrier.
Целью заявленного технического решения является разработка способа, расширяющего область его применения для кратковременных одиночных сигналов без несущей в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в пределах каждого фрейма в аддитивных шумах высокой интенсивности.The purpose of the claimed technical solution is to develop a method that expands its scope for short-term single signals without a carrier under conditions of a priori uncertainty about the time of their radiation within each frame in high-intensity additive noise.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе автоматического обнаружения узкополосных сигналов принимают выборку аналогового сигнала, оцифровывают ее, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, рассчитывают значение порогового уровня шума, выделяют параметры оцифрованного сигнала, оценивают их и по результатам оценки принимают решение о факте обнаружения сигнала. Для выделения параметров оцифрованного сигнала делят выборку оцифрованного сигнала на фрагменты равной длины. Затем к первому фрагменту оцифрованного сигнала поэлементно прибавляют второй фрагмент, причем по окончанию суммирования фрагментов выделяют максимальные по модулю положительное и отрицательное значения временных отсчетов, которые определяют в качестве текущих параметров оцифрованного сигнала и запоминают наибольший из них. После чего у второго фрагмента сдвигают дискретные временные отсчеты на одну позицию таким образом, что первый отсчет занимает вторую позицию, а последний - первую, и снова поэлементно суммируют первый и второй фрагменты, а из выделенных в результате их суммирования текущих параметров оцифрованного сигнала снова запоминают наибольший. Указанные действия повторяют до тех пор, пока первый временной отсчет второго фрагмента займет позицию последнего отсчета, а последний - предпоследнего. Затем среди комбинаций сумм первого и второго фрагментов, полученных при различных сдвигах временных позиций, выбирают сумму, которой соответствует максимальное по модулю из ранее запомненных значений текущих параметров оцифрованного сигнала. После чего выбранную комбинацию сумм первого и второго фрагментов аналогичным образом последовательно суммируют со всеми следующими фрагментами, а выделенные текущие параметры оцифрованного сигнала фрагмента, представляющего результирующую сумму всех фрагментов, выбирают в качестве параметров оцифрованного сигнала, значение порогового уровня шума выбирают равным утроенному значению среднеквадратической величины временных отсчетов фрагмента, полученного в результате суммирования всех фрагментов оцифрованного сигнала, а решение об обнаружении сигнала принимают, если хотя бы один из выделенных параметров оцифрованного сигнала выборки, полученной в результате суммирования всех фрагментов оцифрованного сигнала, превышает значение порогового уровня шума.This goal is achieved by the fact that in the known method for automatically detecting narrowband signals, a sample of an analog signal is received, digitized, for which the operations of sampling, quantization and coding are performed sequentially, the threshold noise level is calculated, the parameters of the digitized signal are extracted, they are evaluated and evaluated according to the evaluation results. decision on the fact of signal detection. To highlight the parameters of the digitized signal, divide the sample of the digitized signal into fragments of equal length. Then, the second fragment is added element-wise to the first fragment of the digitized signal, and at the end of the summation of the fragments, the maximum positive and negative values of the time samples are determined in absolute value, which are determined as the current parameters of the digitized signal and the largest of them is stored. After that, the second fragment is shifted by discrete time samples by one position in such a way that the first sample takes the second position, and the last - the first, and the first and second fragments are added element by element again, and from the current parameters of the digitized signal selected as a result of their summation, the largest . The indicated actions are repeated until the first time sample of the second fragment takes the position of the last sample and the last of the penultimate one. Then, among the combinations of the sums of the first and second fragments obtained at various time position shifts, the sum is selected that corresponds to the maximum modulo of the previously stored values of the current parameters of the digitized signal. After that, the selected combination of the sums of the first and second fragments is similarly sequentially summed with all the following fragments, and the selected current parameters of the digitized signal of the fragment representing the resulting sum of all fragments are selected as parameters of the digitized signal, the threshold noise level value is chosen equal to the triple value of the rms time value samples of the fragment obtained by summing all the fragments of the digitized signal, and the solution signal detection is received if at least one of the selected parameters of the digitized sample signal obtained by summing all fragments of the digitized signal exceeds the threshold noise level.
Благодаря новой совокупности существенных признаков, заключающихся в делении непрерывного сигнала на фрагменты равной длительности, выделении текущих параметров оцифрованного сигнала при каждом суммировании очередного фрагмента, в выборе для дальнейшего суммирования той комбинации суммы фрагментов, которой соответствует наибольшее по модулю значение из текущих параметров оцифрованного сигнала, в выборе в качестве параметров оцифрованного сигнала текущих параметров оцифрованного сигнала фрагмента, представляющего результирующую сумму всех фрагментов, в выборе в качестве значения порогового уровня шума величины, равной утроенному значению среднеквадратической величины временных отсчетов выборки, полученной в результате суммирования всех фрагментов, обеспечивается обнаружение кратковременных одиночных сигналов без несущей в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в аддитивных шумах высокой интенсивности, что и указывает на расширение области применения заявленного способа и возможности его использования в системах радиоконтроля.Owing to a new set of essential features consisting in dividing a continuous signal into fragments of equal duration, highlighting the current parameters of the digitized signal for each summation of the next fragment, choosing to further summarize the combination of the sum of the fragments to which the highest modulus value of the current parameters of the digitized signal corresponds, in selecting as parameters of the digitized signal the current parameters of the digitized signal of the fragment representing the resulting the sum of all fragments, choosing as the value of the threshold noise level a value equal to the triple value of the mean square value of the time samples of the sample obtained by summing all the fragments, it is possible to detect short-term single signals without a carrier under conditions of a priori uncertainty about the time of their emission in high-intensity additive noise , which indicates the expansion of the scope of the claimed method and the possibility of its use in radio monitoring systems.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:The claimed method is illustrated by drawings, which show:
фиг.1. Выборка в 1536 дискретных отсчетов сигнала zi (здесь и далее i=1, 2, …, порядковый номер временного отсчета) без шумов, включающая 3 фрагмента (по 512 отсчетов) с длительностью полезного сигнала si в пределах каждого фрагмента, равной 9 отчетам (для 1-го фрагмента с 158 отсчета по 167), и нанесенными значениями порогового уровня шума G и -G;figure 1. A sample of 1536 discrete samples of the signal z i (hereinafter i = 1, 2, ..., the serial number of the time sample) without noise, including 3 fragments (512 samples each) with a useful signal duration s i within each fragment equal to 9 reports (for the 1st fragment with 158 samples of 167 each), and the plotted values of the threshold noise level G and -G;
фиг.2. Выборка в 1536 дискретных отсчетов сигнала zi в шумах (отношение сигнал/шум (ОСШ) 0 дБ), включающая 3 фрагмента (по 512 отсчетов) с длительностью полезного сигнала si в пределах каждого фрагмента, равной 9 отчетам, и нанесенными значениями порогового уровня шума G и -G;figure 2. A sample of 1536 discrete samples of signal z i in noise (signal-to-noise ratio (SNR) 0 dB), including 3 fragments (512 samples each) with a useful signal duration s i within each fragment equal to 9 reports and plotted threshold level values noise G and -G;
фиг.3. Спектр выборки Fj (здесь и далее j - порядковый номер спектральной компоненты) дискретных отсчетов сигнала zi, представленного на фиг.2, в шумах (ОСШ=0 дБ);figure 3. The spectrum of the sample F j (hereinafter j is the serial number of the spectral component) of the discrete samples of the signal z i , presented in figure 2, in noise (SNR = 0 dB);
фиг.4. Спектр выборки Fj дискретных отсчетов сигнала zi, представленного на фиг.1, без шумов;figure 4. The sampling spectrum F j of the discrete samples of the signal z i shown in FIG. 1, without noise;
фиг.5. Временное представление суммарного фрагмента, сформированного при поэлементном сложении трех фрагментов в условиях некогерентного сложения полезных сигналов, с нанесенными значениями порогового уровня шума G и -G;figure 5. A temporary representation of the total fragment formed by the elementwise addition of three fragments under conditions of incoherent addition of useful signals, with plotted values of the threshold noise level G and -G;
фиг.6. Временное представление суммарного фрагмента, сформированного при поэлементном сложении трех фрагментов, в условиях когерентного сложения полезных сигналов, с нанесенными значениями порогового уровня шума G и -G;Fig.6. A temporary representation of the total fragment formed by the elementwise addition of three fragments, under the conditions of coherent addition of useful signals, with plotted values of the threshold noise level G and -G;
фиг.7. Временная выборка аналогового сигнала z(t), полученного с выхода тракта низкой частоты радиоприемного устройства;Fig.7. Time sampling of the analog signal z (t) received from the output of the low-frequency channel of the radio receiver;
фиг.8. Временная выборка дискретных отсчетов сигнала zi, поделенная на 3 фрагмента равной длины;Fig.8. Time sampling of discrete samples of the signal z i , divided into 3 fragments of equal length;
фиг.9. Принцип поэлементного суммирования первого z1i и второго z2i фрагментов без сдвига элементов второго фрагмента и временной суммарный фрагмент 0z12i;Fig.9. The principle of element-wise summation of the first z1 i and second z2 i fragments without shifting the elements of the second fragment and the temporary total fragment 0 z12 i ;
фиг.10. Принцип поэлементного суммирования первого фрагмента z1i и второго фрагмента 1z2i со сдвигом его элементов на одну позицию и временной суммарный фрагмент 1z12i;figure 10. The principle of element-wise summation of the first fragment z1 i and the second fragment 1 z2 i with a shift of its elements by one position and a temporary total fragment 1 z12 i ;
фиг.11. Принцип поэлементного суммирования первого фрагмента z1i и второго фрагмента M-1z2i со сдвигом его элементов на М-1 позицию и временной суммарный фрагмент M-1z12i.11. The principle of element-wise summation of the first fragment z1 i and the second fragment M-1 z2 i with a shift of its elements to the M-1 position and the temporary total fragment M-1 z12 i .
В условиях отсутствия шумов x(t) принять решение о наличии полезного сигнала s(t) в обрабатываемой выборке z(t) (z(t)=s(t)), состоящей из нескольких фрагментов, не составляет трудностей, если в качестве параметров оцифрованного сигнала выбрать максимальные по модулю положительное D11 и отрицательное D12 значения временных отсчетов сигнала. В качестве примера на фиг.1 представлена выборка дискретных отсчетов сигнала zi=si без шумов, включающая 3 фрагмента, с нанесенными значениями порогового уровня шума G и -G. Решение об обнаружении полезного сигнала принимают, если хотя бы один из параметров оцифрованного сигнала D11 или D12 превысит значение порогового уровня шума G или -G соответственно. Здесь и далее величины значения порогового уровня шума G и -G рассчитывают по формулам:In the absence of noise x (t), it is not difficult to make a decision on the presence of a useful signal s (t) in the processed sample z (t) (z (t) = s (t)), which consists of several fragments, if, as parameters digitized signal, select the maximum absolute positive D11 and negative D12 values of the time samples of the signal. As an example, figure 1 presents a sample of discrete samples of the signal z i = s i without noise, including 3 fragments, with plotted values of the threshold noise level G and -G. The decision to detect a useful signal is made if at least one of the parameters of the digitized signal D11 or D12 exceeds the value of the threshold noise level G or -G, respectively. Hereinafter, the values of the threshold noise level G and -G are calculated by the formulas:
, ,
Здесь М - число временных отсчетов обрабатываемой выборки сигнала zi; zcp - средняя величина значений обрабатываемой выборки сигнала zi, которую рассчитывают по формулеHere M is the number of time samples of the processed sample signal z i ; z cp - the average value of the processed sample signal z i , which is calculated by the formula
Выбор значения порогового уровня шума согласно формуле (1) обеспечит с вероятностью 0,997 тот факт, что шум не превысит величин G и -G [Боровиков, В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов / В.Боровиков - СПб.: Питер, 2003. - 688 с].The choice of the threshold noise level according to formula (1) will provide with a probability of 0.997 the fact that the noise does not exceed the values of G and -G [Borovikov, V. STATISTICA. The art of data analysis on a computer: For professionals / V. Borovikov - St. Petersburg: Peter, 2003. - 688 s].
Существующая проблема автоматического обнаружения кратковременных одиночных сигналов без несущей возникает в условиях шумов высокой интенсивности.The existing problem of automatic detection of short-term single signals without a carrier arises in conditions of high-intensity noise.
В качестве примера на фиг.2 показана выборка дискретных отсчетов, включающая 3 фрагмента, но уже в условиях аддитивных шумов высокой интенсивности. Для рассматриваемого случая применение значений порогового уровня шума G и -G, вычисленных по формуле (1), не позволяет принять решение о наличии полезного сигнала s(t) в обрабатываемой выборке z(t)=s(t)+x(t), так как D11<G, а -G>D12 по абсолютному значению.As an example, figure 2 shows a sample of discrete samples, including 3 fragments, but already in the conditions of additive noise of high intensity. For the case under consideration, the application of the values of the threshold noise level G and -G calculated by formula (1) does not allow us to decide on the presence of a useful signal s (t) in the processed sample z (t) = s (t) + x (t), since D11 <G, and -G> D12 in absolute value.
Переход в частотную область для кратковременных сигналов без несущей не позволяет только на основе анализа спектральных компонент однозначно принять решение об их обнаружении. В качестве примера на фиг.3 представлен спектр обрабатываемой выборки z(t)=s(t)+x(t) (см. фиг.2), на котором нет ярко выраженных спектральных компонент, позволяющих судить о наличии в нем полезного сигнала s(t). Это объясняется тем, что у полезного сигнала s(t), представляющего собой совокупность импульсов, время излучения которых в пределах фрагмента случайно, спектр имеет равномерную плотность распределения частотных компонент. В качестве примера на фиг.4 показан спектр обрабатываемой выборки z(t)=s(t) без шумов.The transition to the frequency domain for short-term signals without a carrier does not allow, based only on the analysis of the spectral components, to unambiguously decide on their detection. As an example, figure 3 presents the spectrum of the processed sample z (t) = s (t) + x (t) (see figure 2), on which there are no pronounced spectral components that allow us to judge the presence of a useful signal s (t). This is because the useful signal s (t), which is a collection of pulses whose emission time within the fragment is random, has a uniform distribution density of the frequency components. As an example, figure 4 shows the spectrum of the processed sample z (t) = s (t) without noise.
Поэлементное суммирование фрагментов без учета начала времени излучения полезного сигнала s(t) в пределах каждого из них также не дает возможности принять решение о наличии или отсутствии s(t) в обрабатываемой выборке z(t). Для примера на фиг.5 показан суммарный фрагмент, сформированный в результате поэлементного некогерентного суммирования трех фрагментов обрабатываемой выборки, представленной на фиг.2, с нанесенными значениями порогового уровня шума G и -G. Для рассматриваемого случая D11<G, а -G>D12 по абсолютному значению.The element-wise summation of fragments without taking into account the start of the emission time of the useful signal s (t) within each of them also does not make it possible to decide on the presence or absence of s (t) in the processed sample z (t). For example, figure 5 shows the total fragment generated by the elementwise incoherent summation of the three fragments of the processed sample shown in figure 2, with plotted values of the threshold noise level G and -G. For the case under consideration, D11 <G, and -G> D12 in absolute value.
Если же при поэлементном суммировании фрагменты складывать таким образом, чтобы компоненты обнаруживаемых сигналов каждого из фрагментов складывались друг с другом на каждом этапе суммирования когерентно, то в этом случае параметры оцифрованного сигнала будут максимальны и превысят значения порогового уровня шума G или -G.If, by element-wise summation, the fragments are folded in such a way that the components of the detected signals of each of the fragments are added coherently at each stage of summation, then in this case the parameters of the digitized signal will be maximum and exceed the threshold noise level G or -G.
Указанный эффект достигается за счет того, что в пределах фрагмента временные отсчеты шума будут складываться некогерентно, в результате чего их среднее значение будет стремиться к нулю. В то время как временные отсчеты обнаруживаемого сигнала будут складываться когерентно, и их средние значения будут увеличиваться. Для примера на фиг.6 показан суммарный фрагмент, сформированный в результате поэлементного когерентного суммирования трех фрагментов обрабатываемой выборки, представленной на фиг.2, с нанесенными значениями порогового уровня шума G и -G. Причем D11>G, что указывает на наличие сигнала s(t) в выборке z(t)=s(t)+x(t).The indicated effect is achieved due to the fact that, within the fragment, the time noise samples will be incoherent, as a result of which their average value will tend to zero. While the time samples of the detected signal will add up coherently, and their average values will increase. For example, figure 6 shows the total fragment generated by the elementwise coherent summation of the three fragments of the processed sample shown in figure 2, with the values of the threshold noise level G and -G. Moreover, D11> G, which indicates the presence of the signal s (t) in the sample z (t) = s (t) + x (t).
Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.The implementation of the claimed method is explained as follows.
Принимают выборку аналогового сигнала z(t), например с тракта промежуточной или низкой частоты радиоприемного устройства (см. фиг.7). Операция приема аналоговых сигналов известна и описана, например, в способе обнаружения узкополосных сигналов по патенту RU №2110150 C1 6 Н04В 1/10, G01S 7/292 от 23.01.97 г.A sample of the analog signal z (t) is received, for example, from an intermediate or low frequency path of a radio receiver (see Fig. 7). The operation of receiving analog signals is known and described, for example, in the method for detecting narrowband signals according to patent RU No. 2110150 C1 6
Затем принятый аналоговый сигнал z(t) оцифровывают, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования, кодирования (см. фиг.8). Указанные операции известны и описаны, например, в способе автоматического обнаружения узкополосных сигналов по патенту РФ №2382495 от 20.02.2010 г.Then, the received analog signal z (t) is digitized, for which the operations of sampling, quantization, coding are sequentially performed (see Fig. 8). These operations are known and described, for example, in a method for automatically detecting narrowband signals according to the patent of the Russian Federation No. 2382495 of 02.20.2010.
После этого выборку дискретных отсчетов сигнала делят на N фрагментов равной длины М (на фиг.8 показаны границы N=3 фрагментов). В результате получают первый фрагмент z1i=z11, z12, …, z1m, …, z1M, второй фрагмент z2i=z21, z22, …, z2m, …, z2M, и так до N-го фрагмента zNi=zN1, zN2, …, zNm, …, zNM, где i=1, 2, …, m, ..., М. Затем вычисляют суммарную выборку 0z12i=0z121, 0z122, …, 0z12m, …, 0z12M (здесь индекс 0 указывает на отсутствие сдвига в элементах второй выборки). Каждый элемент суммарной выборки 0z12i вычисляется как сумма соответствующих элементов первой и второй выборки 0z121=z11+z21, 0z122=z12+z22, …, 0z12m=z1m+z2m, 0z12M=z1M+z2M. Принцип вычисления суммарной выборки 0z12i показан на фиг.9 для элементов 0z127, 0z128 и 0z129. Затем среди элементов 0z12i выделяют максимальные по модулю отрицательное 0D12 и положительное 0D11 временные значения, которые определяют в качестве текущих значений параметров оцифрованного сигнала и запоминают наибольшее, в данном случае 0D12. Операцию выделения максимальных по модулю отрицательного 0D12 и положительного 0D11 временных значений (индекс нуль указывает на то, что в суммируемом втором фрагменте элементы не сдвинуты относительно первого) можно реализовать путем последовательного сравнения значений элементов суммарной выборки 0z121, 0z122, …, 0z12m, …, 0z12M.After that, the sample of discrete samples of the signal is divided into N fragments of equal length M (Fig. 8 shows the boundaries of N = 3 fragments). The result is the first fragment z1 i = z1 1 , z1 2 , ..., z1 m , ..., z1 M , the second fragment z2 i = z2 1 , z2 2 , ..., z2 m , ..., z2 M , and so on to N- of the first fragment zN i = zN 1 , zN 2 , ..., zN m , ..., zN M , where i = 1, 2, ..., m, ..., M. Then, the total sample 0 z12 i = 0 z12 1 , 0 z12 2 , ..., 0 z12 m , ..., 0 z12 M (here the index 0 indicates the absence of a shift in the elements of the second sample). Each element of the total sample 0 z12 i is calculated as the sum of the corresponding elements of the first and second sample 0 z12 1 = z1 1 + z2 1 , 0 z12 2 = z1 2 + z2 2 , ..., 0 z12 m = z1 m + z2 m , 0 z12 M = z1 M + z2 M. The principle of calculating the total sample of 0 z12 i is shown in Fig. 9 for elements 0 z12 7 , 0 z12 8 and 0 z12 9 . Then, among the elements 0 z12 i , the maximum in absolute value negative 0 D12 and positive 0 D11 temporary values are selected, which are determined as the current values of the parameters of the digitized signal and remember the largest, in this case 0 D12. The operation of extracting the maximum absolute values of negative 0 D12 and positive 0 D11 temporal values (an index of zero indicates that the elements in the summed second fragment are not shifted relative to the first) can be implemented by sequentially comparing the values of the elements of the total sample 0 z12 1 , 0 z12 2 , ... , 0 z12 m , ..., 0 z12 M.
После этого элементы второго фрагмента сдвигают на один отсчет таким образом, что первый элемент z21 занимает место второго z22, второй z22 - третьего z23 и так далее, пока М-ный элемент z2M не займет место первого z21. В результате получают последовательность элементов второго фрагмента, сдвинутых на одну позицию 1z2i=z2M, z21, …, z2m-1, ..., z2M-1 (индекс 1 указывает на то, что элементы фрагмента сдвинуты на одну позицию).After that, the elements of the second fragment are shifted by one count so that the first element z2 1 takes the place of the second z2 2 , the second z2 2 takes the third z2 3, and so on, until the Mth element z2 M takes the place of the first z2 1 . The result is a sequence of elements of the second fragment shifted by one position 1 z2 i = z2 M , z2 1 , ..., z2 m-1 , ..., z2 M-1 (
Затем вычисляют 1z12i=1z121, 1z122, …, 1z12m, …, 1z12M - суммарную выборку как сумму элементов z1i и 1z2i: 1z121=z11+1z2M, 1z122=z12+1z21, …, 1z12m=z1m+1z2m-1, 1z12M=z1M+1z2M-1. Принцип суммирования элементов z1i и 1z2i показан на фиг.10 для элементов 1z127, 1z128 и 1z129.Then calculate 1 z12 i = 1 z12 1 , 1 z12 2 , ..., 1 z12 m , ..., 1 z12 M - the total sample as the sum of the elements z1 i and 1 z2 i : 1 z12 1 = z1 1 + 1 z2 M , 1 z12 2 = z1 2 + 1 z2 1 , ..., 1 z12 m = z1 m + 1 z2 m-1 , 1 z12 M = z1 M + 1 z2 M-1 . The principle of summation of the elements z1 i and 1 z2 i is shown in FIG. 10 for elements 1 z12 7 , 1 z12 8 and 1 z12 9 .
После этого среди элементов 1z12i выделяют максимальные по модулю отрицательное 1D12 и положительное 1D11 временные значения, которые определяют в качестве текущих значений параметров оцифрованного сигнала и запоминают наибольшее из них, в данном случае 1D12. Операцию выделения и запоминания максимальных по модулю отрицательного 1D12 и положительного 1D11 временных значений (индекс 1 указывает на то, что в суммируемом втором фрагменте элементы не сдвинуты относительно первого) можно реализовать аналогичным предыдущему этапу путем.After that, among the elements 1 z12 i , the maximum absolute values of negative 1 D12 and positive 1 D11 are selected, which are determined as the current values of the parameters of the digitized signal and remember the largest of them, in this case 1 D12. The operation of highlighting and storing the maximum absolute values of negative 1 D12 and positive 1 D11 temporal values (
Операции сдвига позиций элементов второго фрагмента, вычисления суммарных фрагментов и выделения текущих значений параметров оцифрованного сигнала осуществляют до тех пор, пока первый элемент не займет позицию М-го элемента, а М-тый элемент - позицию М-1-го элемента.The operations of shifting the positions of the elements of the second fragment, calculating the total fragments and extracting the current values of the parameters of the digitized signal are carried out until the first element takes the position of the Mth element and the Mth element is the position of the M-1st element.
На фиг.11 показан принцип поэлементного суммирования первого и второго фрагментов для элементов M-1z127, M-1z128 и M-1z129 со сдвигом элементов второго фрагмента на М-1 позицию и временной суммарный фрагмент.11 shows the principle of element-wise summation of the first and second fragments for elements M-1 z12 7 , M-1 z12 8 and M-1 z12 9 with a shift of the elements of the second fragment to the M-1 position and the temporary total fragment.
После чего сравнивают наибольшие из запомненных текущих параметров оцифрованного сигнала между собой и суммарный фрагмент m-го сдвига mz12i, соответствующий максимальному из запомненных текущих параметров оцифрованного сигнала, выбирают для суммирования с третьим фрагментом z3i (здесь в качестве примера индекс m обозначает сдвиг, при котором один из параметров оцифрованного сигнала является максимальным среди всех параметров, выделенных в результате последовательного суммирования первого и второго фрагментов с различными сдвигами, значение указанного индекса m не связано с примерами, представленными на фиг.9-11). Суммирование фрагментов mz12i и z3i осуществляют аналогичным для суммирования фрагментов z1i и z2i образом. Указанные операции суммирования фрагментов осуществляют до тех пор, пока не будет произведено суммирование последнего N-го фрагмента zNi. Затем у результирующего суммарного фрагмента выделяют текущие параметры оцифрованного сигнала аналогичным для 1z12i образом, максимальные из которых определяют в качестве параметров оцифрованного сигнала.After that, the largest of the memorized current parameters of the digitized signal is compared with each other and the total fragment of the mth shift m z12 i corresponding to the maximum of the memorized current parameters of the digitized signal is selected for summing with the third fragment z3 i (here, as an example, the index m denotes the shift, in which one of the parameters of the digitized signal is the maximum among all parameters selected as a result of sequential summation of the first and second fragments with different shifts, The indicated index m is not associated with the examples shown in Figs. 9-11). The summation of the fragments m z12 i and z3 i is carried out in a similar manner for the summation of the fragments z1 i and z2 i . The indicated operations of summing the fragments are carried out until the summation of the last Nth fragment zN i is performed. Then, the current parameters of the digitized signal are extracted from the resulting total fragment in the same way for 1 z12 i , the maximum of which are determined as parameters of the digitized signal.
После этого рассчитывают значения порогового уровня шума по временным отсчетам суммарного фрагмента. Указанную процедуру можно реализовать в соответствии с формулой (1).After that, the values of the threshold noise level are calculated from the time samples of the total fragment. The specified procedure can be implemented in accordance with formula (1).
Затем принимают решение об обнаружении сигнала, если хотя бы один из параметров оцифрованного сигнала превысит соответствующее значение порогового уровня шума. Указанную процедуру можно реализовать путем сравнения значения порогового уровня шума и параметров оцифрованного сигнала.Then a decision is made to detect a signal if at least one of the parameters of the digitized signal exceeds the corresponding threshold noise level. The specified procedure can be implemented by comparing the values of the threshold noise level and the parameters of the digitized signal.
На фиг.12 показаны значения G и -G порогового уровня шума, здесь же демонстрируется превышение параметров оцифрованного сигнала над значениями уровня шума D11>G и D12>-G (здесь -G и D12 представляют модуль своих значений).On Fig shows the values of G and -G of the threshold noise level, it also shows the excess of the parameters of the digitized signal over the values of the noise level D11> G and D12> -G (here -G and D12 represent the module of their values).
Проведенный эксперимент подтвердил правомерность выбора порогового значения уровня шума, рассчитываемого согласно формуле (1). Эксперимент проводился в соответствии с требованиями получения статистических оценок [Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. Пер. с англ. - М.: Наука, 1977. стр.638-643].The experiment confirmed the legitimacy of the choice of the threshold value of the noise level calculated according to the formula (1). The experiment was carried out in accordance with the requirements for obtaining statistical estimates [G. Korn, T. Korn. Math reference. Per. from English - M .: Nauka, 1977. p. 638-643].
Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков, заключающихся в делении непрерывного сигнала на фрагменты равной длительности, выделении текущих параметров оцифрованного сигнала при каждом суммировании очередного фрагмента, в выборе для дальнейшего суммирования той комбинации суммы фрагментов, которой соответствует наибольшее по модулю значение из текущих параметров оцифрованного сигнала, в выборе в качестве параметров оцифрованного сигнала текущих параметров оцифрованного сигнала фрагмента, представляющего результирующую сумму всех фрагментов, в выборе в качестве значения порогового уровня шума величины, равной утроенному значению среднеквадратической величины временных отсчетов выборки, полученной в результате суммирования всех фрагментов, обеспечивается обнаружение кратковременных одиночных сигналов без несущей в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в аддитивных шумах высокой интенсивности, что и указывает на расширение области применения заявленного способа и возможности его использования в системах радиоконтроля.Thus, thanks to a new set of essential features consisting in dividing a continuous signal into fragments of equal duration, highlighting the current parameters of the digitized signal for each summation of the next fragment, choosing for further summation the combination of the sum of the fragments that corresponds to the largest modulus of the current parameters of the digitized signal, in the choice of the parameters of the digitized signal of the current parameters of the digitized signal of the fragment representing the resulting sum of all fragments, choosing as a value of the threshold noise level a value equal to a triple value of the mean square value of the time samples of the sample obtained by summing all the fragments, provides the detection of short-term single signals without a carrier under conditions of a priori uncertainty about the time of their emission in high-noise additive noises intensity, which indicates the expansion of the scope of the claimed method and the possibility of its use in radio systems warning light.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2485692C1 true RU2485692C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805972C1 (en) * | 2023-03-20 | 2023-10-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Method for measuring pulse duration |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РАДЗИЕВСКИЙ В.Г. и др. Обработка сверхширокополосных сигналов и помех. - М.: Радиотехника, 2009, с.256-261. ИММОРЕЕВ И.Я и др. Сверхширокополосная помехоустойчивая система скрытой связи с высокой скоростью передачи данных. Сб. докладов Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике. Всероссийская научная конференция. - Муром, 1-3 июля 2003, с.435-438. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805972C1 (en) * | 2023-03-20 | 2023-10-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Method for measuring pulse duration |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Weedon et al. | Cyclostratigraphy, stratigraphic gaps and the duration of the Hettangian Stage (Jurassic): insights from the Blue Lias Formation of southern Britain | |
CN101662305A (en) | Pseudo-random code estimation method of direct sequence spread spectrum system | |
CN111918214A (en) | Device for determining a distance based on a transmission signal | |
RU2419968C2 (en) | Method of automatic detection of narrow-band signals | |
RU2018141745A (en) | METHOD FOR DETECTING THE PRESENCE OF ICE CRYSTALS IN THE ENVIRONMENT | |
US9035824B2 (en) | System and method of radar location | |
RU2480901C1 (en) | Method for automatic detection of signals | |
RU2485692C1 (en) | Method to detect signals without carrier | |
RU2683791C1 (en) | Method for determining types of radar signals in autocorrelation receiver | |
CA2464251C (en) | Method and apparatus for spectrom analysis | |
KR100561555B1 (en) | A method for analyzing a radar pulse | |
US8433739B2 (en) | Methods and systems for detecting repetitive synchronized signal events | |
RU2460093C1 (en) | Method of measuring distance using sonar | |
RU2525302C1 (en) | Method for automatic detection of narrow-band signals (versions) | |
US6853933B2 (en) | Method of identifying spectral impulses for Rj Dj separation | |
CN115567163A (en) | Frequency hopping signal blind detection method, system and equipment | |
US8532207B2 (en) | Methods and systems for distinguishing a signal of interest from interference signals | |
RU2479920C2 (en) | Method for automatic detection of narrow-band signals | |
RU2473169C1 (en) | Method for automatic signal detection | |
RU2504088C1 (en) | Method of detecting signals without carriers | |
RU2484581C1 (en) | Method of detecting signals without carriers | |
RU2631941C2 (en) | Method of simulated echo detection in radio channels | |
RU2359411C2 (en) | Method for noiseless reception of phase-manipulated signals | |
US8724675B2 (en) | Coherent interference detection | |
Abdizadeh | GNSS signal acquisition in the presence of narrowband interference |