RU2654505C2 - Method of noise signal detection - Google Patents

Method of noise signal detection Download PDF

Info

Publication number
RU2654505C2
RU2654505C2 RU2016135019A RU2016135019A RU2654505C2 RU 2654505 C2 RU2654505 C2 RU 2654505C2 RU 2016135019 A RU2016135019 A RU 2016135019A RU 2016135019 A RU2016135019 A RU 2016135019A RU 2654505 C2 RU2654505 C2 RU 2654505C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
noise
elements
frequency
array
Prior art date
Application number
RU2016135019A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016135019A (en
RU2016135019A3 (en
Inventor
Яков Эдуардович Аматуни
Арина Александровна Грабарчук
Николай Юрьевич Музыченко
Александр Владимирович Остапенко
Дмитрий Александрович Тюрин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority to RU2016135019A priority Critical patent/RU2654505C2/en
Publication of RU2016135019A publication Critical patent/RU2016135019A/en
Publication of RU2016135019A3 publication Critical patent/RU2016135019A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2654505C2 publication Critical patent/RU2654505C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/10—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Abstract

FIELD: electrical communication engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio monitoring systems for data transmission and retransmission systems with broadband signals with or without spreading. Method for detecting a noise-like signal is to receive radio emission from a direction to a monitored system in a band much larger than the signal band, execution of the construction of the periodogram [ƒi, Pi], where ƒi and Pi – respectively, the frequency and power of a mixture of signal and noise or only noise in the ith parallel channel; i∈[1, …, N], N – number of frequency channels; determination of the number of frequency channels N1 occupied by the signal, for which for all possible N1 values in the zone of its uncertainty [N1min, …, N1max], where N1min and N1max – respectively, the minimum and maximum number of frequency channels occupied by the signal, calculate
Figure 00000088
where
Figure 00000089
for each calculated value
Figure 00000090
from elements of the array of the same name
Figure 00000091
select a group of elements very close to its value with a fixed number of elements in the group K(N1) for which condition is met
Figure 00000092
where ν is a parameter that determines the degree of proximity
Figure 00000093
to
Figure 00000094
fix N1 corresponding to the group with the minimum K(N1), and determine the frequency channel number j*∈[1, …, N-N1], appropriate
Figure 00000094
from array elements
Figure 00000095
for which j<j*-N1 and j>j*+N1 form a noise cluster and calculate the mathematical expectation of the noise Pw and its dispersion
Figure 00000096
form an array
Figure 00000097
at j∈[1, …, N-N1], where N1 - number of frequency channels occupied by the signal; reform the array
Figure 00000098
by subtraction from each of its elements PN; on the noise variance and the given false alarm probability determine the decision threshold Uthr; by comparison
Figure 00000099
with Uthr decide whether a signal is present or not.
EFFECT: technical result of the invention is the detection of a broadband signal with a near-rectangular spectrum in the absence of a priori information about its frequency parameters.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиомониторинга систем передачи и ретрансляции данных с шумоподобными (широкополосными) сигналами как с расширением спектра, так и без него.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio monitoring systems of data transmission and relay systems with noise-like (broadband) signals with or without spectrum expansion.

Известен способ обнаружения широкополосного сигнала [1 - Пат. 2470459 Российская Федерация, МПК H04B 1/10, Y04L 7/00, H03K 7/08. Способ обнаружения широкополосных сигналов и устройство для его реализации. Климов И.З. и др.], при котором осуществляют прием сигналов, инвертирование и коммутирование с целью снятия широкополосной модуляции, интегрирование, сравнение полученного сигнала с пороговым уровнем и принятие решения о наличии или отсутствии сигнала.A known method for detecting a broadband signal [1 - Pat. 2470459 Russian Federation, IPC H04B 1/10, Y04L 7/00, H03K 7/08. A method for detecting broadband signals and a device for its implementation. Klimov I.Z. etc.], in which signals are received, inverted and switched in order to remove broadband modulation, integration, comparison of the received signal with a threshold level and a decision on the presence or absence of a signal.

Недостатком данного способа при мониторинге систем ретрансляции данных, использующих многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР), и широкополосных систем передачи данных, работающих без расширения спектра, является необходимость наличия эталонного сигнала, необходимого в первом случае для снятия широкополосной модуляции, а во втором - для повышения отношения сигнал/шум до уровня, необходимого для принятия решения о наличии/отсутствии сигнала с заданными вероятностями ложной тревоги и правильного обнаружения.The disadvantage of this method when monitoring data relay systems using code division multiple access (CDMA) and broadband data transmission systems that operate without spreading the spectrum is the need for the reference signal required in the first case to remove broadband modulation, and in the second to increase the signal-to-noise ratio to the level necessary for making a decision on the presence / absence of a signal with the given probabilities of false alarm and correct detection.

Известен также способ обнаружения шумоподобного сигнала [2 - Пат. 2248102 Российская Федерация, МПК H04L 27/22. Способ автокорреляционного приема шумоподобных сигналов. Дикарев В.И. и др.], при котором принятый сигнал, согласно способу автокорреляционного приема шумоподобных сигналов, перемножают с опорным сигналом, измеряют длительность принимаемого сигнала, осуществляют его частотное детектирование, выделяя при этом моменты скачкообразного изменения фазы, определяют количество и величину тактовых периодов, опорный сигнал формируют путем задержки принимаемого сигнала на время, кратное тактовому периоду τЭ, выделяют суммарное напряжение, перемножают его с принимаемым сигналом, задержанным на время, кратное тактовому периоду τЭ, выделяют напряжение разности частоты, перемножают его с принимаемым сигналом, задержанным на время τ, которое периодически изменяют по линейному закону, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное автокорреляционной функции, сравнивают его с пороговым уровнем, при превышении порогового уровня измеряют циклический сдвиг, по которому определяют кодовую структуру принимаемого сигнала.There is also a method of detecting a noise-like signal [2 - Pat. 2248102 Russian Federation, IPC H04L 27/22. Method for autocorrelation receiving noise-like signals. Dikarev V.I. and others.], in which the received signal, according to the method of autocorrelation receiving noise-like signals, is multiplied with a reference signal, the duration of the received signal is measured, its frequency detection is carried out, highlighting the moments of phase jump, the number and magnitude of the clock periods are determined, the reference signal is formed by delaying the received signal by the time period τ multiple clock E, isolated total voltage, it is multiplied with the received signal, delayed by time, so multiple ovomu period τ e, allocate the frequency difference of the voltage multiplied it with the received signal delayed by time τ, which is periodically changed in a linear fashion, emit a low-frequency voltage proportional to the autocorrelation function, compare it with a threshold level, above the threshold level is measured cyclic shift which determines the code structure of the received signal.

Недостатком данного способа при мониторинге систем ретрансляции данных, использующих многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР), и широкополосных систем передачи данных, работающих без расширения спектра, является необходимость наличия априорной информации о полосе сигнала, необходимой для выбора согласованной с полосой сигнала длительности некогерентного накопления.The disadvantage of this method when monitoring data relay systems using code division multiple access (CDMA) and broadband data transmission systems that operate without spreading the spectrum is the need for a priori information about the signal bandwidth required to select the incoherent accumulation duration that is consistent with the signal bandwidth .

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ обнаружения широкополосного сигнала [3 - Музыченко Н.Ю. Метод обнаружения широкополосного сигнала по результатам параллельного частотного анализа в условиях неопределенности // Радиотехника. 2012. №5. С. 41-45], взятый за прототип, при котором принимают радиоизлучение с направления на контролируемую систему в полосе, много большей полосы сигнала, выполняют построение периодограммы [ƒi, Pi], где ƒi и Pi - соответственно частота и мощность смеси сигнала и шума или только шума в i-м параллельном канале, i∈[1, …, N], N - число частотных каналов, формируют массив

Figure 00000001
при j∈[1, …, N-N1], где N1 - число частотных каналов, занимаемых сигналом, оценивают математическое ожидание шумовых выборок по алгоритмуClosest to the technical nature of the claimed invention is a method for detecting a broadband signal [3 - Muzychenko N.Yu. A method for detecting a broadband signal based on the results of parallel frequency analysis under uncertainty // Radio Engineering. 2012. No5. P. 41-45], taken as a prototype, in which radio emission is received from the direction to the controlled system in a band that is much larger than the signal band, periodograms are built [ i i , P i ], where ƒ i and P i are frequency and power, respectively a mixture of signal and noise or only noise in the i-th parallel channel, i∈ [1, ..., N], N is the number of frequency channels, form an array
Figure 00000001
for j∈ [1, ..., N-N1], where N1 is the number of frequency channels occupied by the signal, the mathematical expectation of noise samples is estimated using the algorithm

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
Where
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
- шаг дискретизации параметра Pj
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000005
is the sampling step of the parameter P j
Figure 00000006
Figure 00000007

Pш - математическое ожидание шума;P W - mathematical expectation of noise;

m, l - формообразующие параметры функции принадлежности;m, l - forming parameters of the membership function;

g - параметр, приводящий максимальное значение функции к единице,g is the parameter leading the maximum value of the function to unity,

переформируют массив

Figure 00000008
путем вычитания из каждого его элемента Pш, группируют отрицательные элементы переформированного массива
Figure 00000009
и вычисляют по ним дисперсию шума
Figure 00000010
а по ней - порог принятия решения Uпор и по результатам сравнения
Figure 00000011
с Uпор принимают решение о наличии или отсутствии сигнала.reorganize the array
Figure 00000008
by subtracting from each of its elements P W , group the negative elements of the reformed array
Figure 00000009
and calculate noise variance from them
Figure 00000010
and on it - the decision threshold U then and according to the results of comparison
Figure 00000011
from U then decide on the presence or absence of a signal.

Недостатком данного способа при мониторинге систем ретрансляции данных, использующих многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР), и широкополосных систем передачи данных, работающих без расширения спектра, как и в предыдущем случае, является необходимость наличия априорной информации о полосе сигнала, необходимой для выбора согласованной с полосой сигнала длительности некогерентного накопления.The disadvantage of this method when monitoring data relay systems using code division multiple access (CDMA) and broadband data transmission systems that operate without spreading the spectrum, as in the previous case, is the need for a priori information about the signal band necessary to select a consistent with a signal band of incoherent accumulation duration.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обнаружение шумоподобных сигналов с близким к прямоугольному спектром в условиях отсутствия априорной информации о частотных параметрах сигнала систем, работающих с расширением спектра и без него.The task to which the invention is directed is the detection of noise-like signals with a close to rectangular spectrum in the absence of a priori information about the frequency parameters of the signal systems operating with and without spectrum expansion.

Для решения поставленной задачи предлагается способ обнаружения шумоподобного сигнала, при котором принимают радиоизлучение с направления на контролируемую систему в полосе, много большей полосы сигнала, выполняют построение периодограммы [ƒi, Pi], где ƒi и Pi - соответственно частота и мощность смеси сигнала и шума или только шума в i-м параллельном канале, i∈[1, …, N], N - число частотных каналов, формируют массив

Figure 00000012
при j∈[1, …, N-N1], где N1 - число частотных каналов, занимаемых сигналом, переформируют массив
Figure 00000013
путем вычитания из каждого его элемента математического ожидания шума Pш, по дисперсии шума и заданной вероятности ложной тревоги определяют порог принятия решения Uпор, по результатам сравнения
Figure 00000014
с Uпор принимают решение о наличии или отсутствии сигнала.To solve this problem, a method for detecting a noise-like signal is proposed, in which radio emission is received from the direction to the controlled system in a band that is much larger than the signal band, periodograms [[ i , P i ] are constructed, where ƒ i and P i are the frequency and power of the mixture, respectively signal and noise or only noise in the ith parallel channel, i∈ [1, ..., N], N is the number of frequency channels, form an array
Figure 00000012
when j∈ [1, ..., N-N1], where N1 is the number of frequency channels occupied by the signal, the array is reorganized
Figure 00000013
by subtracting from each of its elements the mathematical expectation of noise P w , the noise threshold and the given probability of false alarm are used to determine the decision threshold U then , according to the comparison
Figure 00000014
from U then decide on the presence or absence of a signal.

Согласно изобретению перед формированием массива

Figure 00000015
определяют число занимаемых сигналом частотных каналов N1, для чего для всех возможных значений N1 в зоне его неопределенности [N1min, …, N1max], где N1min и N1max - соответственно минимальное и максимальное число частотных каналов, занимаемых сигналом, вычисляют
Figure 00000016
где
Figure 00000017
для каждого вычисленного значения
Figure 00000018
из элементов одноименного ему массива
Figure 00000019
селектируют группу очень близких к его значению элементов с фиксацией числа элементов в группе K(N1), для которых выполняется условие
Figure 00000020
где ν - параметр, определяющий степень близости
Figure 00000021
к
Figure 00000022
определяют N1, соответствующее группе с минимальным K(N1) и номер частотного канала j*∈[1, …, N-N1] соответствующий
Figure 00000023
из элементов массива
Figure 00000024
для которых j<j*-N1 и j>j*+N1 формируют шумовой кластер и статистическим методом вычисляют для него математическое ожидание шума Pш и его дисперсию
Figure 00000025
According to the invention before forming the array
Figure 00000015
determine the number of frequency channels N1 occupied by the signal, for which for all possible values of N1 in the zone of its uncertainty [N1 min , ..., N1 max ], where N1 min and N1 max are the minimum and maximum number of frequency channels occupied by the signal, respectively,
Figure 00000016
Where
Figure 00000017
for each calculated value
Figure 00000018
from elements of the array of the same name
Figure 00000019
select a group of elements very close to its value with fixing the number of elements in the group K (N1) for which the condition
Figure 00000020
where ν is a parameter that determines the degree of proximity
Figure 00000021
to
Figure 00000022
determine N1 corresponding to the group with minimal K (N1) and the number of the frequency channel j * ∈ [1, ..., N-N1] corresponding
Figure 00000023
from array elements
Figure 00000024
for which j <j * -N1 and j> j * + N1 form a noise cluster and using the statistical method calculate the mathematical expectation of noise P w and its variance
Figure 00000025

Техническим результатом изобретения является обнаружение шумоподобного сигнала с близким к прямоугольному спектром в условиях отсутствия априорной информации о его частотных параметрах с вероятностными характеристиками, близкими к [3, С. 41-45].The technical result of the invention is the detection of a noise-like signal with a close to rectangular spectrum in the absence of a priori information about its frequency parameters with probabilistic characteristics close to [3, C. 41-45].

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого изобретения из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the invention from the literature are unknown, therefore, it meets the criteria of novelty and inventive step.

На фигуре 1 приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фигуре 2 - алгоритм работы вычислителя, на фигуре 3 - диаграмма, поясняющая принцип определения центральной частоты и полосы сигнала.Figure 1 shows a diagram of a device that implements the proposed method, figure 2 - the algorithm of the calculator, figure 3 is a diagram explaining the principle of determining the center frequency and signal band.

При реализации предлагаемого способа выполняется следующая последовательность операций:When implementing the proposed method, the following sequence of operations is performed:

- принимают радиоизлучение с направления на контролируемую систему в полосе, много большей полосы сигнала - 1;- receive radio emission from the direction to the controlled system in the band, a much larger signal band - 1;

- выполняют построение периодограммы [ƒi, Pi], где ƒi и Pi - соответственно частота и мощность смеси сигнала и шума или только шума в i-м параллельном канале, i∈[1, …, N], N - число частотных каналов - 2;- operate construction periodogram [ƒ i, P i], where ƒ i and P i - the frequency and power of the signal and noise mixture or noise only in the i-th parallel channel, i∈ [1, ..., N], N - number frequency channels - 2;

- определяют число занимаемых сигналом частотных каналов N1, для чего:- determine the number occupied by the signal of the frequency channels N1, for which:

для всех возможных значений N1 в зоне его неопределенности [N1min, …, N1max], где N1min и N1max - соответственно минимальное и максимальное число частотных каналов, занимаемых сигналом, вычисляют

Figure 00000026
где
Figure 00000027
for all possible values of N1 in the zone of its uncertainty [N1 min , ..., N1 max ], where N1 min and N1 max are the minimum and maximum number of frequency channels occupied by the signal, respectively
Figure 00000026
Where
Figure 00000027

для каждого вычисленного значения

Figure 00000028
из элементов одноименного ему массива
Figure 00000029
селектируют группу очень близких к его значению элементов с фиксацией числа элементов в группе K(N1), для которых выполняется условие
Figure 00000030
где ν - параметр, определяющий степень близости
Figure 00000031
к
Figure 00000032
for each calculated value
Figure 00000028
from elements of the array of the same name
Figure 00000029
select a group of elements very close to its value with fixing the number of elements in the group K (N1) for which the condition
Figure 00000030
where ν is a parameter that determines the degree of proximity
Figure 00000031
to
Figure 00000032

- фиксируют N1, соответствующее группе с минимальным K(N1), и определяют номер частотного канала j*∈[1, …, N-N1], соответствующий

Figure 00000033
- fix N1 corresponding to the group with the minimum K (N1), and determine the number of the frequency channel j * ∈ [1, ..., N-N1] corresponding to
Figure 00000033

- из элементов массива

Figure 00000034
для которых j<j*-N1 и j>j*+N1, формируют шумовой кластер и статистическим методом вычисляют для него математическое ожидание шума Pш и его дисперсию
Figure 00000035
- from array elements
Figure 00000034
for which j <j * -N1 and j> j * + N1, they form a noise cluster and, using the statistical method, calculate the mathematical expectation of noise P w and its variance
Figure 00000035

- формируют массив

Figure 00000036
при j∈[1, …, N-N1], где N1 - число частотных каналов, занимаемых сигналом - 6;- form an array
Figure 00000036
when j∈ [1, ..., N-N1], where N1 is the number of frequency channels occupied by the signal - 6;

- переформируют массив

Figure 00000037
путем вычитания из каждого его элемента Pш - 7;- reorganize the array
Figure 00000037
by subtracting from each of its element P W - 7;

- по дисперсии шума и заданной вероятности ложной тревоги определяют порог принятия решения Uпор - 8;- the noise variance and the given probability of false alarm determine the decision threshold U then - 8;

- по результатам сравнения

Figure 00000038
с Uпор принимают решение о наличии или отсутствии сигнала - 9.- by comparison
Figure 00000038
from U then decide on the presence or absence of a signal - 9.

Сравнительный анализ способа-прототипа и предлагаемого способа показывает, что в него введены новые операции по определению числа занимаемых сигналом частотных каналов N1, номера частотного канала j*∈[1, …, N-N1], соответствующего

Figure 00000039
выделения шумового кластера и вычисления математического ожидания шума и его дисперсии, которые позволяют обеспечить обнаружение широкополосного сигнала в условиях отсутствия априорной информации о его частотных параметрах с вероятностными характеристиками, близкими к [3, С. 41-45].A comparative analysis of the prototype method and the proposed method shows that new operations have been introduced in it to determine the number of frequency channels N1 occupied by the signal, the number of the frequency channel j * ∈ [1, ..., N-N1] corresponding to
Figure 00000039
isolating the noise cluster and calculating the mathematical expectation of noise and its dispersion, which allows for the detection of a broadband signal in the absence of a priori information about its frequency parameters with probability characteristics close to [3, pp. 41-45].

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит последовательно соединенные антенную систему АС 1, радиоприемное устройство РПУ 2, аналого-цифровой преобразователь АЦП 3, конвертор прямого преобразования КПП 4, блок быстрого преобразования Фурье БПФ 5, вычислитель мощности ВМ 6, вычислитель В 7, контроллер управления КУ 8, систему наведения по угловым координатам СНУК 9 и опорно-поворотное устройство с электроприводами азимута β и угла места ε ОПУ с ЭП 10, а также блок синхронизации БС 11, первый, второй и третий выходы которого связаны соответственно со вторыми входами РПУ 2, АЦП 3 и КПП 4, при этом выходы β и ε ОПУ с ЭП 10 механически связаны с АС 1, второй, третий, четвертый, пятый выходы КУ 8 соответственно связаны с третьими входами РПУ 2 и АЦП3, вторыми входами БПФ 5 и ВМ 6, а шестой вход-выход КУ 8 - с локальной вычислительной сетью ЛВС.A device that implements the proposed method contains a serially connected antenna system AC 1, a radio receiver RPU 2, an analog-to-digital converter ADC 3, a direct conversion converter CAT 4, a fast Fourier transform unit BPF 5, a power calculator VM 6, a computer B 7, a control controller KU 8, guidance system along the angular coordinates of SNUK 9 and a slewing gear with electric azimuth β and elevation angle ε control gear with EP 10, as well as BS 11 synchronization unit, the first, second and third outputs of which are connected to accordingly, with the second inputs of RPU 2, ADC 3 and gearbox 4, while the outputs β and ε of the OPU with EP 10 are mechanically connected to AC 1, the second, third, fourth, fifth outputs of KU 8 are respectively connected to the third inputs of RPU 2 and ADC3, the second FFT 5 and VM 6 inputs, and the sixth KU 8 input-output - with a local area network LAN.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По ЛВС от внешней управляющей системы на КУ 8 поступает следующая информация:The following information is received on the LAN from the external control system at KU 8:

- угловые координаты источника радиоизлучения;- angular coordinates of the source of radio emission;

- диапазон частот поиска [ƒН, …, ƒB];- search frequency range [ƒ Н , ..., ƒ B ];

- диапазон возможного изменения полосы сигнала [ƒCH, …, ƒCB], ƒСН≥ƒН, ƒСВ≤ƒВ;- the range of possible changes in the signal band [ƒ CH , ..., ƒ CB ], ƒ СН ≥ƒ N , ƒ CB ≤ƒ V ;

- команда на запуск/прекращение цикла обнаружения сигналов.- command to start / stop the signal detection cycle.

При получении по ЛВС информации и команды инициализации цикла обнаружения от вышестоящей системы КУ 8 на основании полученных данных об угловых координатах источника радиоизлучения и диапазоне частот поиска формирует и выдает на СНУК 9 и РПУ 2 команды на пространственное и частотное наведение. По получении этих команд СНУК 9 с помощью ОПУ с ЭП 10 производит наведение АС 1 на заданные угловые координаты по азимуту β и углу места ε, а РПУ 2 - на центральную частоту

Figure 00000040
и полосу Δƒ=ƒB-ƒН частотного анализа. По окончании времени, необходимого на настройку РПУ 2 на заданную частоту ƒпр и полосу сигнала Δƒ, КУ 8 выдает на АЦП 3 сигнал разрешения преобразования, производимого с частотой дискретизации ƒд в течение времени, обратно пропорционального частоте разрешения БПФ 5. Цифровые коды, получаемые с выходов АЦП 3, поступают на вход КПП 4, производящего преобразование входного сигнала на нулевую частоту. С его квадратурных выходов сигналы поступают на БПФ 5, где осуществляется преобразование сигналов из временной области в частотную. В ВМ 6 производится вычисление мощности шума или смеси сигнала и шума для каждой частотной точки, и полученный таким образом поток информации передается в В 7, где производится его обработка в соответствии с алгоритмом, приведенным на фигуре 2. В процессе обработки в В 7 производятся следующие вычисления:Upon receipt of information and instructions for initiating a detection cycle from a higher-level system KU 8 via a LAN, based on the received data on the angular coordinates of the radio emission source and the frequency range of the search, it generates and issues spatial and frequency guidance commands to SNUK 9 and RPU 2. Upon receipt of these commands SNUK 9 with the help of the OPU with EP 10 guides AC 1 at the given angular coordinates in azimuth β and elevation angle ε, and RPU 2 - at the center frequency
Figure 00000040
and the band Δƒ = ƒ B -ƒ H of the frequency analysis. At the end of the time required to tune the RPU 2 to a given frequency ƒ pr and the signal band Δƒ, KU 8 gives to the ADC 3 a resolution signal for the conversion performed with the sampling frequency ƒ d for a time inversely proportional to the resolution frequency of the FFT 5. Digital codes received from the outputs of the ADC 3, go to the input of the gearbox 4, converting the input signal to zero frequency. From its quadrature outputs, the signals arrive at FFT 5, where the signals are converted from the time domain to the frequency domain. VM 6 calculates the noise power or a mixture of signal and noise for each frequency point, and the resulting information flow is transmitted to B 7, where it is processed in accordance with the algorithm shown in figure 2. During processing in B 7, the following calculation:

- определение числа занимаемых сигналом частотных каналов N1, для чего:- determination of the number of frequency channels N1 occupied by the signal, for which:

- для всех возможных значений N1 в зоне его неопределенности [N1min, …, N1max], где N1min и N1max - соответственно минимальное и максимальное число частотных каналов, занимаемых сигналом, вычисляются

Figure 00000041
где
Figure 00000042
- for all possible values of N1 in the zone of its uncertainty [N1 min , ..., N1 max ], where N1 min and N1 max are the minimum and maximum number of frequency channels occupied by the signal, respectively, are calculated
Figure 00000041
Where
Figure 00000042

- для каждого вычисленного значения

Figure 00000043
из элементов одноименного ему массива
Figure 00000044
селектируется группа очень близких к его значению элементов с фиксацией числа элементов в группе K(N1), для которых выполняется условие
Figure 00000045
где ν - параметр, определяющий степень близости
Figure 00000046
к
Figure 00000047
- for each calculated value
Figure 00000043
from elements of the array of the same name
Figure 00000044
a group of elements very close to its value is selected with fixing the number of elements in the group K (N1) for which the condition
Figure 00000045
where ν is a parameter that determines the degree of proximity
Figure 00000046
to
Figure 00000047

- фиксируется N1, соответствующее группе с минимальным K(N1), и определяется номер частотного канала j*∈[1, …, N-N1], соответствующий

Figure 00000048
- N1 is fixed corresponding to the group with the minimum K (N1), and the number of the frequency channel j * ∈ [1, ..., N-N1] corresponding to
Figure 00000048

- из элементов массива

Figure 00000049
для которых j<j*-N1 и j>j*+N1 формируется шумовой кластер и статистическим методом вычисляются математическое ожидание шума Pш и его дисперсия
Figure 00000050
- from array elements
Figure 00000049
for which j <j * -N1 and j> j * + N1 a noise cluster is formed and the mathematical expectation of the noise expectancy P w and its variance are calculated
Figure 00000050

- формируется массив

Figure 00000051
при j∈[1, …, N-N1], где N1 - число частотных каналов, занимаемых сигналом;- an array is formed
Figure 00000051
when j∈ [1, ..., N-N1], where N1 is the number of frequency channels occupied by the signal;

- производится переформирование массива

Figure 00000052
путем вычитания из каждого его элемента Pш;- the array is being reorganized
Figure 00000052
by subtracting from each of its element P W ;

- по дисперсии шума и заданной вероятности ложной тревоги определяется порог принятия решения Uпор;- for noise variance and a predetermined probability of false alarm is determined decision threshold U pores;

- по результатам сравнения

Figure 00000053
с Uпор принимается решение о наличии или отсутствии сигнала.- by comparison
Figure 00000053
since U then a decision is made about the presence or absence of a signal.

Синхронизация работы РПУ 2 и КПП 4 производится путем подачи на них от БС 11 высокостабильных сигналов fоп, тактирование АЦП 3 - путем подачи на него высокостабильного сигнала ƒд. Управление преобразованием из временной области в частотную БПФ 5 и вычислением модуля ВМ 6 осуществляются с помощью сигналов управления от КУ 8. По окончании цикла вычислений В 7 выдает в КУ 8 принятое решение о наличии либо отсутствии широкополосного сигнала, которое далее передается по ЛВС в вышестоящую систему. После этого устройство переходит в режим ожидания информации от внешней управляющей системы.The operation of RPU 2 and gearbox 4 is synchronized by supplying highly stable signals f op to them from BS 11, clocking of the ADC 3 by supplying a highly stable signal ƒ d to it . The conversion from the time domain to the frequency FFT 5 and the calculation of the VM 6 module are controlled using control signals from KU 8. At the end of the B 7 computation cycle, it gives KU 8 a decision about the presence or absence of a broadband signal, which is then transmitted via the LAN to a higher-level system . After that, the device goes into standby mode information from an external control system.

Все элементы, входящие в устройство и выполняемые в процессе вычислений в В 7 операции, являются стандартными, вследствие чего отдельное описание их устройства и конкретизация алгоритма его вычисления здесь не приводятся. Особенностью способа является порядок определения N1 и j*, для которого использовано свойство функции

Figure 00000054
иметь минимальную степень размытости вблизи точки
Figure 00000055
при стремлении N1 к его истинному значению. Вид этой функции для случаев N1<N1И, N1≅N1И и N1>N1И показан на фигуре 3, где N1И - истинная частота сигнала.All elements included in the device and performed in the process of computing in B 7 operations are standard, as a result of which a separate description of their device and a specification of the algorithm for its calculation are not given here. A feature of the method is the procedure for determining N1 and j * , for which the property of the function is used
Figure 00000054
have a minimum degree of blur near the point
Figure 00000055
while striving N1 to its true value. The form of this function for the cases N1 <N1 AND , N1≅N1 AND and N1> N1 AND is shown in Figure 3, where N1 AND is the true frequency of the signal.

Введение операций, позволяющих определить N1 и j*, позволило решить задачу обнаружения шумоподобных сигналов в условиях отсутствия априорной информации о частотных параметрах сигнала систем, работающих с расширением и без расширения спектра, и отсутствия системы оценивания частотных параметров сигнала. Областью применения способа являются системы обнаружения шумоподобных сигналов с близким к прямоугольному спектром. Способ может также найти применение при обнаружении и определении временных параметров импульсных сигналов. В этом случае от выполнения операций по обработке сигнала во временной области следует перейти к выполнению аналогичных операций во временной области.The introduction of operations that make it possible to determine N1 and j * made it possible to solve the problem of detecting noise-like signals in the absence of a priori information about the frequency parameters of the signal of systems operating with and without spectrum expansion and the absence of a system for estimating the signal frequency parameters. The scope of the method is the detection system of noise-like signals with a close to rectangular spectrum. The method may also find application in the detection and determination of temporal parameters of pulse signals. In this case, from performing signal processing operations in the time domain, one should proceed to performing similar operations in the time domain.

На момент подачи заявки в ФГУП «РНИИРС» разработано специальное программное обеспечение СПО вычислителя В 7 и выполнена его проверка на математических моделях и по реальному сигналу с близким к прямоугольному спектром. По результатам проверок установлено, что заявляемый способ обеспечивает работоспособность в условиях отсутствия априорной информации о частотных параметрах широкополосного сигнала, сохраняя при этом практически одинаковые со способом-прототипом [3] отношения сигнал/шум на входе решающей схемы, а следовательно, и одинаковые вероятностные характеристики, что говорит о достижении поставленной цели.At the time of filing the application, the Federal State Unitary Enterprise “RNIIRS” developed special software for the software of the V 7 computer and verified it on mathematical models and on a real signal with a close to rectangular spectrum. According to the results of the checks, it was found that the inventive method ensures operability in the absence of a priori information about the frequency parameters of the broadband signal, while maintaining practically the same signal-to-noise ratios as the prototype method [3] at the input of the decision circuit, and therefore the same probabilistic characteristics, which indicates the achievement of the goal.

Claims (1)

Способ обнаружения шумоподобного сигнала, при котором принимают радиоизлучение с направления на контролируемую систему в полосе, много большей полосы сигнала, выполняют построение периодограммы
Figure 00000056
, где
Figure 00000057
и Pi - соответственно частота и мощность смеси сигнала и шума или только шума в i-м параллельном канале, i∈[i,…,N], N - число частотных каналов, формируют массив
Figure 00000058
при j∈[1,…,N-N1], где N1 - число частотных каналов, занимаемых сигналом, переформируют массив
Figure 00000059
путем вычитания из каждого его элемента математического ожидания шума Рш, по дисперсии шума и заданной вероятности ложной тревоги определяют порог принятия решения Uпор, по результатам сравнения
Figure 00000060
с Uпор принимают решение о наличии или отсутствии сигнала, отличающийся тем, что перед формированием массива
Figure 00000061
определяют число занимаемых сигналом частотных каналов N1, для чего для всех возможных значений N1 в зоне его неопределенности [N1min,…,N1max], где N1min и N1max - соответственно минимальное и максимальное число частотных каналов, занимаемых сигналом, вычисляют
Figure 00000062
, где
Figure 00000063
, для каждого вычисленного значения
Figure 00000064
из элементов одноименного ему массива
Figure 00000065
селектируют группу очень близких к его значению элементов с фиксацией числа элементов в группе K(N1), для которых выполняется условие
Figure 00000066
, где ν - параметр, определяющий степень близости
Figure 00000067
к
Figure 00000068
, определяют N1, соответствующее группе с минимальным K(N1), и номер частотного канала j*∈[1,…,N-N1], соответствующий
Figure 00000069
, из элементов массива
Figure 00000070
, для которых j<j*-N1 и j>j*+N1 формируют шумовой кластер и статистическим методом вычисляют для него математическое ожидание шума Рш и его дисперсию
Figure 00000071
.A method for detecting a noise-like signal in which radio emission is received from a direction to a controlled system in a band that is much larger than the signal band, periodogram construction is performed
Figure 00000056
where
Figure 00000057
and P i - respectively, the frequency and power of the mixture of signal and noise or only noise in the i-th parallel channel, i∈ [i, ..., N], N - the number of frequency channels, form an array
Figure 00000058
when j∈ [1, ..., N-N1], where N1 is the number of frequency channels occupied by the signal, the array is reorganized
Figure 00000059
by subtracting from each of its elements the mathematical expectation of noise R w , the noise threshold and the given probability of false alarm determine the decision threshold U then , according to the results of comparison
Figure 00000060
since U then decide on the presence or absence of a signal, characterized in that before the formation of the array
Figure 00000061
determine the number of frequency channels N1 occupied by the signal, for which for all possible values of N1 in the zone of its uncertainty [N1 min , ..., N1 max ], where N1 min and N1 max are the minimum and maximum number of frequency channels occupied by the signal, respectively, calculate
Figure 00000062
where
Figure 00000063
, for each calculated value
Figure 00000064
from elements of the array of the same name
Figure 00000065
select a group of elements very close to its value with fixing the number of elements in the group K (N1) for which the condition
Figure 00000066
, where ν is a parameter that determines the degree of proximity
Figure 00000067
to
Figure 00000068
, determine N1 corresponding to the group with minimal K (N1), and the frequency channel number j * ∈ [1, ..., N-N1] corresponding to
Figure 00000069
, from array elements
Figure 00000070
for which j <j * -N1 and j> j * + N1 form a noise cluster and calculate the mathematical expectation of noise R w and its variance for it by a statistical method
Figure 00000071
.
RU2016135019A 2016-08-26 2016-08-26 Method of noise signal detection RU2654505C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135019A RU2654505C2 (en) 2016-08-26 2016-08-26 Method of noise signal detection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135019A RU2654505C2 (en) 2016-08-26 2016-08-26 Method of noise signal detection

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016135019A RU2016135019A (en) 2018-03-05
RU2016135019A3 RU2016135019A3 (en) 2018-03-15
RU2654505C2 true RU2654505C2 (en) 2018-05-21

Family

ID=61597007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016135019A RU2654505C2 (en) 2016-08-26 2016-08-26 Method of noise signal detection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654505C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731130C1 (en) * 2020-01-27 2020-08-31 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of multichannel detection of a noise-like radio signal source

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074264A (en) * 1976-01-07 1978-02-14 Hughes Aircraft Company Adaptive threshold clutter processor
SU1633508A2 (en) * 1988-12-29 1991-03-07 Харьковское Высшее Военное Авиационное Училище Радиоэлектроники Им.Ленинского Комсомола Украины Device for dicriminating noise-like signals
RU2169378C1 (en) * 2000-03-01 2001-06-20 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Process of detection of signals and device for its realization
RU2480901C1 (en) * 2011-12-29 2013-04-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства Обороны Российской Федерации (Минобороны России) Method for automatic detection of signals

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074264A (en) * 1976-01-07 1978-02-14 Hughes Aircraft Company Adaptive threshold clutter processor
SU1633508A2 (en) * 1988-12-29 1991-03-07 Харьковское Высшее Военное Авиационное Училище Радиоэлектроники Им.Ленинского Комсомола Украины Device for dicriminating noise-like signals
RU2169378C1 (en) * 2000-03-01 2001-06-20 Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" Process of detection of signals and device for its realization
RU2480901C1 (en) * 2011-12-29 2013-04-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства Обороны Российской Федерации (Минобороны России) Method for automatic detection of signals

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МУЗЫЧЕНКО Н.Ю. Метод обнаружения широкополосного сигнала по результатам параллельного частотного анализа в условиях неопределенности. Ж. Радиотехника. 2012. # 5, c. 41-45. ЕЛИСЕЕВ А.В. и др Периодограммный метод совместного обнаружения и оценивания частотных параметров широкополосного гауссовского сигнала в условиях параметрической неопределенности. Ж. Информационно-измерительные и управляющие системы, 2016, подписано в печать 24.02.2016, # 2, т.14, с.55-60. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731130C1 (en) * 2020-01-27 2020-08-31 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method of multichannel detection of a noise-like radio signal source

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016135019A (en) 2018-03-05
RU2016135019A3 (en) 2018-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7064111B2 (en) Interference detection in a continuously wave (FMWC) radar system
US9426761B2 (en) Wireless communication device
RU2593276C1 (en) Method of selecting moving targets
RU2549207C2 (en) Device for detecting hydroacoustic noise signals based on quadrature receiver
AU2015290213A1 (en) Improved signal detection and characterization
RU2654505C2 (en) Method of noise signal detection
RU2731130C1 (en) Method of multichannel detection of a noise-like radio signal source
RU2550757C1 (en) Device for detecting hydroacoustic noise signals based on quadrature receiver
KR20210128161A (en) Recurrent neural network based spectrum sensing method and device for cognitive radio communications
KR20150066311A (en) Sonar system and method for precisly performing target detection under circumstance without being known of target speed
JP6671968B2 (en) Signal processing device, radar receiver, signal processing method and program
RU2359411C2 (en) Method for noiseless reception of phase-manipulated signals
KR101644560B1 (en) 2-STEP FDOA/FDOA estimation Method and Apparatus
KR20170128899A (en) Apparatus And Method for Calculating Receiving Time Of Wireless Communication Signal
RU2206101C1 (en) Method detecting electromagnetic radiation sources within limits of monitored zone and device for its realization
Han et al. A cost efficient and flexible cyclostationary feature detector based on sliding discrete fourier transform for cognitive spectrum sensing
KR101784607B1 (en) Method and Device for Removing Interference in Multi Radar System
RU2700798C2 (en) Apparatus for detecting broadband polyharmonic signals on background of additive interference
RU2510138C2 (en) Repeater jamming method
RU2555194C1 (en) Processing of hydroacoustic signal from noise-emitting object
RU2542347C1 (en) Method for adaptive adjustment of acceleration channels in multichannel manoeuvring target detector
RU2349923C1 (en) Adaptive metre of continuous broadband signals parameters
RU2570430C1 (en) Method of classifying noisy objects
RU131926U1 (en) DEVICE FOR DETECTING SIGNALS UNDER APRIORIAL UNCERTAINTY OF THEIR PARAMETERS
US11082980B2 (en) Information processing apparatus, information processing method, and wireless communication apparatus