RU2731130C1 - Способ многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала - Google Patents

Способ многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала Download PDF

Info

Publication number
RU2731130C1
RU2731130C1 RU2020103298A RU2020103298A RU2731130C1 RU 2731130 C1 RU2731130 C1 RU 2731130C1 RU 2020103298 A RU2020103298 A RU 2020103298A RU 2020103298 A RU2020103298 A RU 2020103298A RU 2731130 C1 RU2731130 C1 RU 2731130C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
noise
signal
radio
frequency
channel
Prior art date
Application number
RU2020103298A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Леонидович Артемов
Олег Владимирович Афанасьев
Михаил Павлович Сличенко
Олег Николаевич Старцев
Михаил Юрьевич Ильин
Екатерина Сергеевна Артемова
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
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 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority to RU2020103298A priority Critical patent/RU2731130C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2731130C1 publication Critical patent/RU2731130C1/ru

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

Abstract

Изобретение относится способу многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала. Используется решающая статистика, позволяющая учитывать межканальную корреляцию спектральных отсчетов принимаемых сигналов, которая обусловлена наличием в реальных условиях внешних помех. Проводится анализ достижимых показателей эффективности обнаружения источников шумоподобных радиосигналов в условиях реальной насыщенной электромагнитной обстановки за счет накопления канальных и взаимных (межканальных) спектральных компонент радиосигнала во времени и в пределах полосы частот радиосигнала. Техническим результатом является повышение вероятности правильного обнаружения сигнала при фиксированной вероятности ложной тревоги при использовании многоканального моноимпульсного обнаружителя-пеленгатора с антенной системой произвольной структуры, с произвольными количеством (не менее двух) и характеристиками антенных элементов. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в многоканальных моноимпульсных обнаружителях-пеленгаторах (ОП) систем радиомониторинга для решения задач обнаружения источников шумоподобного радиосигнала как с расширением, так и без расширения спектра.
Повышение эффективности и точности определения частотных параметров радиосигнала достигается за счет учета взаимных корреляционных связей между пространственно-амплитудно-фазовым распределением спектральных отсчетов радиосигнала в различных радиоприемных каналах ОП. При многократном приеме радиосигналов применяется накопление сигналов во временной области, что позволяет обеспечить повышение показателей эффективности обнаружения источников шумоподобных радиосигналов с низкой спектральной плотностью мощности. Решающее правило способа справедливо в случае антенной системы (АС) ОП с произвольной структурой и характеристиками направленности антенных элементов (АЭ), адаптивно к априорно неизвестной величине интенсивности аддитивного шума радиоприёмных каналов, а также к взаимным влияниям антенных элементов друг на друга, что позволяет использовать предлагаемый способ в реальных условиях функционирования ОП.
Известен способ обнаружения шумоподобных сигналов [Дикарев В.И., Зайцев И.Е., Рюмшин К.Ю. Способ автокорреляционного приема шумоподобных сигналов. Патент РФ №2248102, H04L 27/22 ], заключающийся в обеспечении приема шумоподобных сигналов с априорно неизвестной кодовой структурой, перемножении принимаего сигнала с опорным сигналом, измерении длительности принимаемого сигнала, осуществлении частотного детектирования принимаемого сигнала с выделением моментов скачкообразного изменения фазы, определении количества и величины тактовых периодов, формировании опорного сигнала путем задержки принимаемого сигнала на время кратное тактовому периоду, выделение суммарного напряжения, перемножении его с принимаемым сигналом, задержанным на время кратное тактовому периоду, выделение напряжение разности частоты, перемножении его с принимаемым сигналом, выделение низкочастотного напряжения, пропорциональное автокорреляционной функции, сравнении его с пороговым уровнем и в случае превышения порогового уровня, измерении циклического сдвига, по которому определяют кодовую структуру принимаемого сигнала.
Известен способ обнаружения широкополосного сигнала [Климов И.З., Чувашов А.М., Копысов А.Н., Богданов А.А. Способ обнаружения широкополосных сигналов и устройство для его реализации. Патент РФ № 2470459, H04B 1/10, Y04L 7/00, H03K 7/08 ], заключающийся в использовании фазоманипулированного широкополосного сигнала, включающего прием входного сигнала с последующим интегрированием, сравнении полученного сигнала с пороговым уровнем и принятии решения о наличии или отсутствии сигнала на входе обнаружителя. Принимаемый сигнал перед интегрированием инвертируют и коммутируют, снимая широкополосную модуляцию. Устройство обнаружения широкополосных сигналов содержит генератор образца сигналов, детектор максимального сигнала, блок управления, при этом вход генератора образца сигнала соединен с входом блока управления, вход блока управления соединен с выходом детектора максимального сигнала.
Известен способ обнаружения широкополосного сигнала [Музыченко Н.Ю. Метод обнаружения широкополосного сигнала по результатам параллельного частотного анализа в условиях неопределенности // Радиотехника. 2012. №5. С. 41-45], заключающийся в приеме радиоизлучения с направления на контролируемую частоту в полосе, много большей полосы сигнала, выполнении периодограммы
Figure 00000001
, где
Figure 00000002
 и
Figure 00000003
 - соответственно частота и мощность смеси сигнала и шума или только шума в i-м параллельном канале;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
 - число частотных каналов, формировании массива
Figure 00000006
 при
Figure 00000007
,
Figure 00000008
 – число частотных каналов, занимаемых сигналов, оценивании математического ожидания шумовых выборок, переформировании массива
Figure 00000009
 путем вычитания из каждого его элемента
Figure 00000010
, группировании отрицательных элементов переформированного массива
Figure 00000011
 и вычислении по ним дисперсии шума
Figure 00000012
, а по ней – порог принятия решения
Figure 00000013
 и по результатам сравнения
Figure 00000014
 с
Figure 00000015
 принятии решения о наличии или отсутствии сигнала.
Указанные способы предполагают наличие либо эталонного сигнала, либо априорной информации о полосе частот сигнала, необходимой для выбора согласованной с полосой сигнала длительности временного накопления. Кроме того способы справедливы для случая одноканального приема и в существующем виде с учетом требований в части указанной априорной информации не могут быть использованы для многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала в системах радиомониторинга, использующих в своем составе многоканальные моноимпульсные обнаружители-пеленгаторы.
Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения шумоподобного сигнала [Аматуни Я.Э., Грабарчук А.А., Музыченко Н.Ю., Остапенко А.В., Тюрин Д.А. Способ обнаружения шумоподобного сигнала. Патент РФ №2654505, H04B 1/10 ], принятый в качестве прототипа.
Способ-прототип включает выполнение следующих действий.
1. Прием радиоизлучений с направления на контролируемую систему в полосе, много большей полосы сигнала, выполнение построения периодограммы
Figure 00000001
, где
Figure 00000002
 и
Figure 00000003
 - соответственно частота и мощность смеси сигнала и шума или только шума в i-м параллельном канале;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
 - число частотных каналов.
2. Определение числа занимаемых сигналом частотных каналов N1. 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
.
3. Для каждого вычисленного значения из элементов одноименного ему массива селектируют группу очень близких к его значению элементов с фиксацией числа элементов в группе K(N1), для которых выполняется условие
Figure 00000018
 где ν - параметр, определяющий степень близости
Figure 00000019
 к
Figure 00000020
.
4. Фиксировании N1, соответствующее группе с минимальным K(N1), и определяют номер частотного канала
Figure 00000021
, соответствующий
Figure 00000020
; из элементов массива для которых j<j*-N1 и j>j*+N1 формируют шумовой кластер и статистическим методом вычисляют для него математическое ожидание шума P ш и его дисперсию
Figure 00000022
.
5. Формировании массива
Figure 00000023
 при
Figure 00000024
, где N1 – число частотных каналов, занимаемых сигналом. Переформируют массив
Figure 00000025
 путем вычитания из каждого его элемента P ш. По дисперсии шума и заданной вероятности ложной тревоги определяют порог принятия решения U пор; по результатам сравнения с U пор принимают решение о наличии или отсутствии сигнала.
Недостатки способа-прототипа заключаются в следующем:
1. Способ обнаружения не предполагает выполнение процедуры накопления спектральных компонент радиосигнала во времени (по нескольким принимаемым реализациям сигналам во временной области), что не позволяет за счет увеличения объема накопления информации повысить эффективность процедуры обнаружения радиосигнала.
2. Способ обнаружения радиосигнала справедлив для одного пространственного канала, что не позволяет повысить показатели эффективности многоканального обнаружения за счет учета взаимосвязи пространственно-амплитудно-фазового распределения спектральных компонент сигнала одного и того же источника на выходах антенн, подключенных к различным радиоприемным трактам ОП.
Учет данной взаимосвязи позволяет:
- обеспечить инвариантное к априорно неизвестной интенсивности аддитивного шума пространственно-многоканальное обнаружение источников шумоподобного радиосигнала с постоянной фиксированной вероятностью ложной тревоги;
- повысить показатели эффективности обнаружения источников шумоподобных радиосигналов с низкой спектральной плотностью мощности за счет синфазного сложения сигнальных составляющих спектральных компонент радиосигналов в различных пространственных каналах ОП.
3. В прототипе предполагается наличие априорной информации о «направлении на контролируемую систему», которая в большинстве практических ситуаций при решении задач радиомониторинга отсутствует.
4. В способе-прототипе предполагается нахождение оценки среднего значения и дисперсии шума по спектральным отсчетам за пределами частотной области, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, что может приводить к снижению устойчивости функционирования прототипа при наличии узкополосных радиосигналов в полосе одновременного приема и анализа за пределами спектра шумоподобного радиосигнала, так как спектральные компоненты данных сигналов будут использоваться при оценке указанных характеристик шума – его среднего значения и дисперсии.
Обеспечиваемая многоканальным ОП возможность моноимпульсного приема сигналов во временной области всеми радиоприемными каналами позволяет выполнять адаптивное к априорно неизвестной интенсивности шума пространственно-многоканальное обнаружение спектральных компонент шумоподобного радиосигнала, определение границ его спектра, накопление спектральных компонент радиосигнала и его обнаружение с фиксированной вероятностью ложной тревоги.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение эффективности обнаружения источника шумоподобного радиосигнала.
Для решения поставленной задачи в способе обнаружения шумоподобного сигнала, включающий прием радиоизлучения с направления на контролируемую систему в полосе много большей полосы сигнала, построение периодограммы
Figure 00000026
, где где
Figure 00000002
 и
Figure 00000003
 - соответственно частота и мощность смеси сигнала и шума или только шума в шума в i-м параллельном канале;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
 - число частотных каналов, определение числа 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 из элементов одноименного ему массива, селектируют группу очень близких к его значению элементов с фиксацией числа элементов в группе K(N1), для которых выполняется условие
Figure 00000018
, где ν - параметр, определяющий степень близости
Figure 00000019
 к
Figure 00000020
, определение N1, соответствующее группе с минимальным K(N1), и номер частотного канала
Figure 00000021
, соответствующий
Figure 00000020
; из элементов массива для которых j<j*-N1 и j>j*+N1 формирование шумового кластера и вычисление статистическим методом для него математическое ожидание шума P ш и его дисперсию
Figure 00000022
, переформирование массива
Figure 00000019
 путем вычитания из каждого его элемента математического ожидания шума P ш, по дисперсии шума
Figure 00000022
 и заданной вероятности ложной тревоги определение порога принятия решения Uпор, по результатам сравнения с Uпор принятие решения о наличии или отсутствии сигнала, согласно изобретению , выполняют многократный последовательный во времени синхронный прием радиосигналов, одновременно попадающих в текущую полосу приема и анализа, много большей полосы шумоподобного радиосигнала, с выходов всех антенн антенной системы в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора, синхронный перенос на более низкую частоту, синхронное преобразование радиосигналов во временной области в цифровую форму, вычисляют отсчеты быстрого преобразования Фурье каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора; строят периодограмму [ѓi,
Figure 00000027
], где ѓi и
Figure 00000028
 - соответственно частота и нормированная на матрицу
Figure 00000029
 коэффициентов корреляции шума матрица
Figure 00000030
 взаимных энергий спектральной компоненты сигнала и шума или только шума в i-м параллельном частотном канале, полученная по результатам вычислений по каждому спектральному отчету канальных и взаимных – межканальных энергий спектральных компонент преобразования Фурье и накопления матриц взаимных энергий путем суммирования их значений, вычисленных по спектральным компонентам каждого принятого во времени радиосигнала; функцию
Figure 00000031
 вычисляют по формуле
Figure 00000032
,
где
Figure 00000033
– оператор следа матрицы – сумма диагональных элементов.
Предлагаемый способ обнаружения источника шумоподобного радиосигнала включает выполнение следующих процедур.
1. Многократный последовательный во времени синхронный прием радиосигналов (одновременно попадающих в текущую полосу приема и анализа, много большей полосы шумоподобного радиосигнала) с выходов всех антенн АС в пространственных каналах ОП, синхронный перенос на более низкую частоту, синхронное преобразование радиосигналов во временной области в цифровую форму, вычисление отсчетов быстрого преобразования Фурье каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале ОП.
2. По каждому спектральному отчету вычисление канальных и взаимных (межканальных) энергий спектральных компонент преобразования Фурье и накопление данных энергий путем суммирования их значений, вычисленных по каждому принятому радиосигналу, и формирование нормированной матрицы
Figure 00000034
 взаимных энергий, равной произведению накопленной матрицы
Figure 00000035
 взаимных энергий и матрицы
Figure 00000036
, обратной к матрице корреляции
Figure 00000037
 аддитивного шума.
3. Построение периодограммы [ѓi,
Figure 00000038
], где ѓi и
Figure 00000039
 – соответственно частота и матрица взаимных энергий спектральной компоненты сигнала и шума или только шума в i-м параллельном частотном канале;
Figure 00000040
 , N - число частотных каналов.
4. Определение числа занимаемых сигналом частотных каналов N1, для чего для всех возможных значений N1 в зоне его неопределенности [N1 min, …, N1 max], где N1 min и N1 max – соответственно минимальное и максимальное число частотных каналов, занимаемых сигналом, вычисляют
Figure 00000041
, где
Figure 00000042
,
Figure 00000033
– оператор следа матрицы (сумма диагональных элементов).
5. Для каждого вычисленного значения
Figure 00000043
 из элементов одноименного ему массива
Figure 00000044
 селектируют группу 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
.
6. Фиксируют N1, соответствующее группе с минимальным K(N1), и определяют номер частотного канала
Figure 00000021
, соответствующий
Figure 00000048
.
7. По результатам сравнения
Figure 00000049
 принимают решение о наличии или отсутствии сигнала, где
Figure 00000050
 – пороговый уровень обнаружения, не зависящий от неизвестной интенсивности шума, вычисляемый в соответствии с критерием Неймана-Пирсона и обеспечивающий требуемую постоянную вероятность ложной тревоги.
Предлагаемый способ обнаружения источника шумоподобного радиосигнала лишен перечисленных выше недостатков прототипа, а именно:
1 Решающая статистика предлагаемого способа получена в предположении приема нескольких радиосигналов во временной области и предполагает накопление канальных и взаимных спектральных энергий во времени и по каждому спектральному отсчету, что позволяет в случае моноимпульсного приема сигнала во временной области обеспечить повышение показателей эффективности обнаружения шумоподобного радиосигнала за счет повышения выходного отношения сигнал/шум.
2 Предлагаемый способ обнаружения справедлив для произвольного числа (не менее двух) пространственных каналов ОП и основан на учете взаимосвязи пространственно-амплитудно-фазового распределения спектральных компонент сигнала одного и того же источника на выходах антенн, подключенных к различным радиоприемным трактам ОП. В результате чего способ обеспечивает инвариантное к априорно неизвестной интенсивности аддитивного шума пространственно-многоканальное обнаружение радиосигнала с постоянной фиксированной вероятностью ложной тревоги, а также повышение показателей эффективности обнаружения источников шумоподобных радиосигналов с малой спектральной плотностью мощности за счет синфазного сложения сигнальных составляющих спектральных компонент радиосигналов в различных пространственных каналах ОП.
3. Предлагаемый способ обнаружения не требует информации о «направлении на контролируемую систему», которая в большинстве практических ситуаций при решении задач радиомониторинга отсутствует. Обнаружение обеспечивается в рабочем по азимуту и углу места секторе приема радиоволн многоканальным ОП, в частном случае ОП с кольцевой АР – в круговом азимутальном секторе.
4. Предлагаемый способ не предполагает нахождения оценки среднего значения и дисперсии шума по спектральным отсчетам за пределами частотной области, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, что обеспечивает устойчивость функционирования предлагаемого способа при наличии узкополосных радиосигналов в полосе одновременного приема и анализа за пределами спектра шумоподобного радиосигнала.
Дополнительно, предлагаемый способ обнаружения обладает следующими свойствами:
- способ справедлив в случае АС с произвольной структурой и характеристиками направленности антенных элементов, при произвольном (но не менее двух) количестве АЭ;
- решающая статистика способа обнаружения источника шумоподобного радиосигнала позволяет учитывать межканальную корреляцию спектральных отсчетов принимаемых сигналов во временной области, которая обусловлена наличием в реальных условиях внешних помех. Это позволяет при разработке ОП систем радиомониторинга проводить анализ достижимых показателей эффективности обнаружения источников шумоподобных радиосигналов в условиях реальной насыщенной электромагнитной обстановки;
- способ обнаружения источника шумоподобного радиосигнала обладает преимуществами в части показателей эффективности относительно многоканального энергетического обнаружения, который может быть реализован в соответствии с прототипом как независимо в каждом канале ОП, так и при накоплении по всем каналам ОП лишь канальных энергий спектральных компонент радиосигналов. Повышение вероятности правильного обнаружения предлагаемым способом относительно многоканального энергетического обнаружения (реализованного в соответствии с прототипом) осуществляется в результате накопления не только канальных, но и взаимных энергий спектральных компонент радиосигнала. Это позволяет использовать всю информацию о сигнале, содержащуюся как в амплитуде, так и в фазе спектральных отсчетов, в полной мере использовать имеющиеся возможности пространственно-многоканального когерентного приема сигналов с повышением потенциально достижимых показателей эффективности обнаружения. Данное свойство предлагаемого способа определяет его преимущество относительно прототипа в части эффективности обнаружения источников шумоподобных радиосигналов не только в количественном (по величинам показателей эффективности обнаружения), но и в качественном отношении (по совокупности функциональных операций обработки спектральных компонент, обеспечивающих высокую устойчивость способа в реальных условиях функционирования систем радиомониторинга при воздействии различных дестабилизирующих факторов).
Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого изобретения из литературы неизвестны, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
Блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа представлена на фиг.1, где обозначено:
1 – блок многократного многоканального приема временных реализаций и переноса на более низкую частоту;
2 – блок оцифровки сигналов во временной области;
3 – блок вычисления преобразования Фурье сигналов во временной области;
4 – блок вычисления канальных спектров;
5 – блок вычисления взаимных спектров;
6 – блок накопления матриц взаимных энергий;
7 – блок формирования нормированной матрицы взаимных энергий;
8 – блок вычисления суммы диагональных элементов квадрата нормированной матрицы;
9 – блок вычисления квадрата суммы диагональных элементов нормированной матрицы;
10 – блок обнаружения шумоподобного радиосигнала.
Устройство содержит последовательно соединенные блок многократного многоканального приема временных реализаций и переноса на более низкую частоту 1, блок оцифровки сигналов во временной области 2 и блок вычисления преобразования Фурье сигналов во временной области 3, выходы которого соединены с входами блока вычисления канальных спектров 4 и блока вычисления взаимных спектров 5 соответственно. При этом выходы блока вычисления канальных спектров 4 и блока вычисления взаимных спектров 5 подключены к соответствующим входам блока накопления матриц взаимных энергий 6, выход которого соединен с входом блока формирования нормированной матрицы взаимных энергий 7, два выхода которого через блок вычисления суммы диагональных элементов квадрата нормированной матрицы 8 и блок вычисления квадрата суммы диагональных элементов нормированной матрицы 9 соответственно соединены с соответствующими входами блока обнаружения шумоподобного радиосигнала 10.
Устройство для реализации заявляемого способа работает следующим образом.
Блок 1 осуществляет многократный последовательный во времени синхронный (когерентный) прием сигналов во временной области с выходов всех антенн АС в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора и когерентный перенос на более низкую частоту. Затем блок 2 синхронно преобразует принятые во временной области сигналы в цифровую форму.
В блоке 3 для каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора происходит вычисление отсчетов преобразования Фурье
Figure 00000051
,
где i – порядковый номер спектрального отсчета (номер частотного канала),
k – порядковый номер временной реализации, принятой в
Figure 00000052
-м пространственном канале обнаружителя-пеленгатора (совпадающий с номером антенны АС, подключенной ко входу канала),
Figure 00000053
,
Figure 00000054
 – количество пространственных каналов обнаружителя-пеленгатора.
По результатам вычисления в блоках 4 и 5 в блоке 6 происходит накопление по каждому спектральному отчету по каждому принятому во временной области сигналу канальных и взаимных энергий его спектральных компонент путем суммирования их значений, вычисленных по каждому принятому сигналу
Figure 00000055
.
В блоке 7 формируется нормированная матрица взаимных энергий:
Figure 00000056
,
где
Figure 00000057
 - накопленная матрица взаимных энергий,
Figure 00000058
 матрица, обратной к матрице корреляции аддитивного шума.
По результатам работы блока 7 параллельно в блоках 8 и 9 для каждого спектрального отчета i происходит вычисления суммы диагональных элементов квадрата нормированной матрицы взаимных энергий отождествляемых спектральных компонент
Figure 00000059
и произведения суммы диагональных элементов данных матриц
Figure 00000060
соответственно.
В блоке 10 выполняется обнаружение широкополосного радиосигнала в следующей последовательности:
1 – выполняется определение числа занимаемых сигналом частотных каналов N1, для чего для всех возможных значений N1 в зоне его неопределенности [N1 min, …, N1 max], где N1 min и N1 max – соответственно минимальное и максимальное число частотных каналов, занимаемых сигналом, вычисляют
Figure 00000041
, где
Figure 00000061
;
2 – для каждого вычисленного значения
Figure 00000043
 из элементов одноименного ему массива
Figure 00000044
 селектируют группу 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
;
3 – фиксируют N1, соответствующее группе с минимальным K(N1), и определяют номер частотного канала
Figure 00000021
, соответствующий
Figure 00000048
;
4 – по результатам сравнения
Figure 00000049
 принимают решение о наличии или отсутствии сигнала, где
Figure 00000062
 – пороговый уровень обнаружения, не зависящий от неизвестной интенсивности шума, вычисляемый в соответствии с критерием Неймана-Пирсона и обеспечивающий требуемую постоянную вероятность ложной тревоги.
Введение используемых в прототипе операций, позволяющих определить N1 и j*, позволило решить задачу многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала в условиях отсутствия априорной информации о частотных параметрах сигнала систем, работающих с расширением и без расширения спектра, и отсутствия системы оценивания частотных параметров сигнала.
Введение новых, не используемых в прототипе операций, позволяющих формировать величины
Figure 00000063
, решает задачу многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала в условиях аддитивного шума неизвестной интенсивности с фиксированным уровнем вероятности ложной тревоги и исключить влияние на величину порога обнаружения радиосигналов, спектры которых сосредоточены за пределами полосы частот шумоподобного радиосигнала.
Областью применения способа являются системы многоканального обнаружения источников шумоподобных радиосигналов с близким к прямоугольному спектру. Способ может также найти применение при обнаружении и определении временных параметров импульсных сигналов (например, радиосигналов радиоэлектронных средств радиолокации). В этом случае от выполнения операций по многоканальной обработке сигнала во временной области следует перейти к выполнению аналогичных операций во временной области.
В результате применения данного способа обеспечивается возможность последующего пеленгования обнаруженного источника шумоподобного радиосигнала с накоплением спектральных компонент радиосигнала, либо поимпульсного пеленгования источника при выполнении аналогичных предлагаемому способу операций во временной области.
Результаты моделирования предлагаемого способа многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала. Моделирование проведено в программе Mathcad 15.0. Моделировалось падение плоской радиоволны в азимутальной плоскости на семиэлементную эквидистантную кольцевую антенную решетку и невзаимодействующих друг с другом ненаправленных антенных элементов. Векторная комплексная диаграмма направленности антенной решетки вычислялась по формуле:
Figure 00000064
, где
Figure 00000065
 – радиус решетки,
Figure 00000066
 – длина радиоволны,
Figure 00000067
 – порядковый номер антенного элемента,
Figure 00000068
=7 – количество элементов в антенной решетке;
Figure 00000069
 – азимут направления прихода радиоволны. Результаты получены при азимуте прихода радиоволны
Figure 00000069
=25 градусов, отношении
Figure 00000070
 =1. Спектр принимаемого шумоподобного сигнала сосредоточен с 15 по 35 спектральный отсчет, общее число отсчетов в полосе приема и анализа равно 50. Аддитивные канальные шумы полагались гауссовскими с одинаковыми интенсивностями, нулевыми средними значениями и диагональной матрицей корреляции. Матрица коэффициентов корреляции аддитивного шума предполагалась единичной диагональной матрицей. Количество накоплений сигналов во временной области равно 3.
Как указано в описании прототипа, функция
Figure 00000071
 имеет «минимальную степень размытости» вблизи точки
Figure 00000072
 при стремлении N1 к его истинному значению. На фиг. 2 приведен вид этой функции, нормированной на свое максимальное значение, для случая N1≅N1ист, где N1ист – истинная частота сигнала при энергетическом отношении сигнал/шум для каждого спектрального отсчета равном 5 дБ, на фиг. 3 – при отношении сигнал/шум 10 дБ. Сплошная кривая соответствует функции
Figure 00000071
 предлагаемого способа, пунктирная кривая – функции прототипа.
Из представленных на фиг. 2 и фиг. 3 зависимостей видно, что в сравнении с прототипом, предлагаемый способ пространственно многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала обеспечивает наименьшую «степень размытости» функции
Figure 00000071
 вблизи точки
Figure 00000072
, и как следствие наиболее точное и достоверное обнаружение и определение частотных границ спектра шумоподобного радиосигнала при одном и том же отношении сигнал/шум в пространственном канале. Выигрыш в показателях эффективности предлагаемого способа относительно прототипа увеличивается с ростом количества радиоприемных каналов ОП и отношения радиуса решетки к длине радиоволны
Figure 00000070
.
Способ обеспечивает работоспособность в условиях отсутствия априорной информации о частотных параметрах радиосигнала сигнала и интенсивности аддитивного пространственно-коррелированного шума. В результате обнаружения и определения частотных границ спектра радиосигнала предлагаемым способом обеспечивается возможность последующего высокоэффективного пеленгования источника радиосигнала по накопленной по спектральным компонентам радиосигнала матрице взаимных энергий.
Технический результат – повышение вероятности правильного обнаружения сигнала при фиксированной вероятности ложной тревоги.
Технический результат достигается за счет того, что в способе многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала многоканальным моноимпульсным обнаружителем-пеленгатором с антенной системой произвольной структуры принимаемый в каждом пространственном канале радиосигнал представляет собой совокупность спектральных отсчетов преобразования Фурье сигналов во временной области. Каждая спектральная компонента характеризуется комплексной амплитудой радиосигнала в полосе элементарного частотного канала (ЭЧК) и частотой ЭЧК, однозначно определяемой центральной частотой настройки и шириной полосы одновременного анализа, а также длительностью принимаемого сигнала во временной области. Ширина полосы ЭЧК обратно пропорциональна длительности сигнала во временной области. Совокупность спектральных компонент радиосигнала характеризуется частотной близостью и содержит информацию о направлении на источник радиосигнала.
Важной особенностью задачи адаптивного пространственно-многоканального обнаружения является обнаружение не произвольной сигнальной составляющей, а составляющей, обусловленной плоским волновым фронтом радиоволны источника, пространственно удаленного от места расположения ОП. Сигнальная составляющая каждого спектрального отсчета характеризует распределение амплитуды и фазы поля радиоволны источника по раскрыву многоканальной АС ОП. Компоненты шумовой составляющей, не принадлежащей радиосигналу обнаруживаемого источника, имеют случайные амплитуды и фазы, не обусловленные плоским волновым фронтом радиоволны, принимаемой от пространственно-удаленного от ОП источника радиосигнала.
Накопление спектральных компонент радиосигнала во времени и в пределах полосы частот радиосигнала позволяет обеспечить повышение эффективности обнаружения и определения частотных границ спектра шумоподобного радиосигнала за счет повышения выходного отношения сигнал/шум.
Применение предлагаемого способа в специальном программном обеспечении систем радиомониторинга позволит повысить показатели эффективности обнаружения источника шумоподобного радиосигнала, а именно повысить вероятность правильного обнаружения при фиксированной вероятности ложной тревоги, повысить точность и достоверность определения частотных границ спектра радиосигнала при использовании многоканального моноимпульсного ОП с АС произвольной структуры в условиях отсутствия априорной информации о интенсивности аддитивного шума, частотных границах спектра шумоподобного радиосигнала и направления на его источник.

Claims (3)

  1. Способ обнаружения шумоподобного сигнала, включающий прием радиоизлучения с направления на контролируемую систему в полосе много большей полосы сигнала, построение периодограммы
    Figure 00000073
    , где где
    Figure 00000074
     и
    Figure 00000075
     - соответственно частота и мощность смеси сигнала и шума или только шума в i-м параллельном канале;
    Figure 00000076
    ,
    Figure 00000077
     - число частотных каналов, определение числа 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 00000078
    , где
    Figure 00000079
    , для каждого вычисленного значения из элементов одноименного ему массива, селектируют группу очень близких к его значению элементов с фиксацией числа элементов в группе K(N1), для которых выполняется условие
    Figure 00000080
    ,
  2. где ν - параметр, определяющий степень близости
    Figure 00000081
     к
    Figure 00000082
    , определение N1, соответствующее группе с минимальным K(N1), и номер частотного канала
    Figure 00000083
    , соответствующий
    Figure 00000082
    ; из элементов массива, для которых j<j*-N1 и j>j*+N1, формирование шумового кластера и вычисление статистическим методом для него математического ожидания шума P ш и его дисперсии
    Figure 00000084
    , переформирование массива
    Figure 00000081
     путем вычитания из каждого его элемента математического ожидания шума P ш, по дисперсии шума
    Figure 00000084
     и заданной вероятности ложной тревоги определение порога принятия решения Uпор, по результатам сравнения с Uпор принятие решения о наличии или отсутствии сигнала, отличающийся тем, что выполняют многократный последовательный во времени синхронный прием радиосигналов, одновременно попадающих в текущую полосу приема и анализа, много большей полосы шумоподобного радиосигнала, с выходов всех антенн антенной системы в пространственных каналах обнаружителя-пеленгатора, синхронный перенос на более низкую частоту, синхронное преобразование радиосигналов во временной области в цифровую форму, вычисляют отсчеты быстрого преобразования Фурье каждой оцифрованной реализации в каждом пространственном канале обнаружителя-пеленгатора; строят периодограмму [ƒi,
    Figure 00000085
    ], где ƒi и
    Figure 00000086
     – соответственно частота и нормированная на матрицу
    Figure 00000087
     коэффициентов корреляции шума матрица
    Figure 00000088
     взаимных энергий спектральной компоненты сигнала и шума или только шума в i-м параллельном частотном канале, полученная по результатам вычислений по каждому спектральному отчету канальных и взаимных – межканальных энергий спектральных компонент преобразования Фурье и накопления матриц взаимных энергий путем суммирования их значений, вычисленных по спектральным компонентам каждого принятого во времени радиосигнала; функцию
    Figure 00000089
     вычисляют по формуле
    Figure 00000090
    , где
    Figure 00000091
    – оператор следа матрицы – сумма
  3. диагональных элементов.
RU2020103298A 2020-01-27 2020-01-27 Способ многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала RU2731130C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020103298A RU2731130C1 (ru) 2020-01-27 2020-01-27 Способ многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020103298A RU2731130C1 (ru) 2020-01-27 2020-01-27 Способ многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731130C1 true RU2731130C1 (ru) 2020-08-31

Family

ID=72421656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020103298A RU2731130C1 (ru) 2020-01-27 2020-01-27 Способ многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731130C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768217C1 (ru) * 2021-06-23 2022-03-23 Акционерное общество Концерн Созвездие Способ адаптивного многоканального обнаружения радиосигналов в условиях помех с неизвестными параметрами
CN117040662A (zh) * 2023-09-07 2023-11-10 中通服网盈科技有限公司 一种多通道信号传输系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060217087A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Pulsewave Rf, Inc. Radio frequency power amplifier and method using an amplitude control system
CN101682344A (zh) * 2007-05-25 2010-03-24 富士通天株式会社 综合天线装置、综合解调装置及综合接收装置
RU2470459C1 (ru) * 2011-05-24 2012-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова" Способ обнаружения широкополосных сигналов и устройство для его реализации
RU2480901C1 (ru) * 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) Способ автоматического обнаружения сигналов
FR2999043A1 (fr) * 2012-11-30 2014-06-06 France Telecom Prise de son par des terminaux utilisateurs disposant d'un dispositif mobile d'interaction
RU2654505C2 (ru) * 2016-08-26 2018-05-21 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ обнаружения шумоподобного сигнала

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060217087A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Pulsewave Rf, Inc. Radio frequency power amplifier and method using an amplitude control system
CN101682344A (zh) * 2007-05-25 2010-03-24 富士通天株式会社 综合天线装置、综合解调装置及综合接收装置
RU2470459C1 (ru) * 2011-05-24 2012-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова" Способ обнаружения широкополосных сигналов и устройство для его реализации
RU2480901C1 (ru) * 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) Способ автоматического обнаружения сигналов
FR2999043A1 (fr) * 2012-11-30 2014-06-06 France Telecom Prise de son par des terminaux utilisateurs disposant d'un dispositif mobile d'interaction
RU2654505C2 (ru) * 2016-08-26 2018-05-21 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ обнаружения шумоподобного сигнала

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. N5, c. 41-45. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2768217C1 (ru) * 2021-06-23 2022-03-23 Акционерное общество Концерн Созвездие Способ адаптивного многоканального обнаружения радиосигналов в условиях помех с неизвестными параметрами
CN117040662A (zh) * 2023-09-07 2023-11-10 中通服网盈科技有限公司 一种多通道信号传输系统
CN117040662B (zh) * 2023-09-07 2024-04-12 中通服网盈科技有限公司 一种多通道信号传输系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2731130C1 (ru) Способ многоканального обнаружения источника шумоподобного радиосигнала
Lehtomäki Analysis of energy based signal detection
US8837558B1 (en) Systems, methods, and devices for improving signal detection in communication systems
Podstrigaev et al. Probability of pulse overlap as a quantitative indicator of signal environment complexity
RU2696093C1 (ru) Способ адаптивного отождествления спектральных компонент по принадлежности к сигналу одного источника радиоизлучения
US9244156B1 (en) Orthogonal polarization signal agnostic matched filter
RU2549207C2 (ru) Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов на основе квадратурного приемника
RU2704027C1 (ru) Способ контроля излучения нескольких источников частотно-неразделимых сигналов
US20220077941A1 (en) Frequency spectrum analyzers and devices, systems, software and methods for signal power measurement and spectrum analysis
RU2399062C1 (ru) Ионосферный зонд-радиопеленгатор
RU2696022C1 (ru) Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения спектральных компонент сигналов источников радиоизлучения
RU2768011C1 (ru) Способ одноэтапного адаптивного определения координат источников радиоизлучений
RU2294546C2 (ru) Способ идентификации радиоизлучения
US20210123959A1 (en) Devices, Systems, and Software including Signal Power Measuring and Methods and Software for Measuring Signal Power
US9157985B1 (en) Signal agnostic matched filter parameter estimator
RU179509U1 (ru) Корреляционно-фильтровой обнаружитель
RU2732504C1 (ru) Способ адаптивного пространственно-многоканального обнаружения и пеленгования двух частотно-неразделимых источников радиоизлучения
RU2768217C1 (ru) Способ адаптивного многоканального обнаружения радиосигналов в условиях помех с неизвестными параметрами
KR101154166B1 (ko) 인지 무선 시스템을 위한 스펙트럼 검출 기법 성능 분석 방법
RU2713514C1 (ru) Способ контроля излучения источника в заданном направлении
Nunes et al. Interference detection in GNSS signals using the Gaussianity criterion
Lehtomaki et al. Measurement studies of a spectrum sensing algorithm based on double thresholding
RU2768238C1 (ru) Способ двухэтапной селекции спектральных компонент радиосигналов в многоканальной аппаратуре радиомониторинга
RU2654505C2 (ru) Способ обнаружения шумоподобного сигнала
Buhaiov Iterative method for noise power estimating at unknown spectrum occupancy