RU2755680C1 - Способ многоканального обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами в шумах - Google Patents
Способ многоканального обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами в шумах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755680C1 RU2755680C1 RU2020143937A RU2020143937A RU2755680C1 RU 2755680 C1 RU2755680 C1 RU 2755680C1 RU 2020143937 A RU2020143937 A RU 2020143937A RU 2020143937 A RU2020143937 A RU 2020143937A RU 2755680 C1 RU2755680 C1 RU 2755680C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detector
- signal
- low
- noise
- bandwidth
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/285—Receivers
- G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/28—Details of pulse systems
- G01S7/285—Receivers
- G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
- G01S7/2921—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to one radar period
- G01S7/2922—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to one radar period by using a controlled threshold
-
- 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
-
- 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
- H04B1/1018—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference noise filters connected between the power supply and the receiver
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Способ относится к технике обнаружения импульсных сигналов, длительность которых может меняться в широком диапазоне, а несущая частота, тип и параметры внутриимпульсной модуляции неизвестны. Техническим результатом является создание способа обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами, малочувствительного к изменениям несущей частоты и длительности обнаруживаемых сигналов. Способ состоит в амплитудном детектировании смеси сигнала с шумом, подаче выходного сигнала амплитудного детектора на набор независимых параллельных последетекторных фильтров низких частот (ФНЧ) с последовательно сужающейся полосой пропускания, независимой обработке выходного сигнала каждого ФНЧ обнаружителем импульсных сигналов, использующим сравнение текущего значения огибающей сигнала с адаптивным или фиксированным порогом обнаружения, пропорциональным оценке мощности шума. В способе используется низкочастотная фильтрация выходного сигнала детектора в нескольких независимых параллельных каналах с последетекторными фильтрами низких частот ФНЧ с последовательно сужающейся (например, в заданное целое число раз) полосой пропускания. Порог обнаружения снижается с сужением полосы пропускания ФНЧ, обеспечивая повышение вероятности обнаружения сигнала при сохранении заданной вероятности ложной тревоги за счет уменьшения дисперсии продетектированного шума, приводящей к снижению вероятности превышения порога шумовым выбросом. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к технике приема (обнаружения) импульсных сигналов, длительность которых может меняться в широком диапазоне, а несущая частота, тип и параметры внутриимпульсной модуляции неизвестны.
При некогерентном обнаружении импульсных сигналов с неизвестной несущей частотой, длительностью, типом и параметрами внутриимпульсной модуляции часто используется энергетический обнаружитель, состоящий из входного широкополосного фильтра, амплитудного детектора, последетекторного ФНЧ и какого-либо порогового устройства (Урковиц Г. Обнаружение неизвестных детерминированных сигналов по энергии // ТИИЭР. - 1967. - №. 4. - С. 50-59).
Однако в условиях неизвестной несущей частоты импульсного сигнала входная полоса частот энергетического обнаружителя вынужденно выбирается достаточно широкой, перекрывающей всю полосу возможных несущих частот, что приводит к росту мощности шума, пропорциональной ширине входной полосы частот обнаружителя. Это можно скомпенсировать сужением полосы пропускания последетекторного ФНЧ до некоторой оптимальной величины, обычно примерно в 1,5-2 раза большей, чем величина обратная длительности импульса. Однако в случае неизвестной длительности импульса полоса пропускания последетекторного ФНЧ также вынужденно выбирается достаточно широкой, соответствующей минимально возможной длительности импульса. Это приводит к ухудшению отношения сигнал-шум (ОСШ)на входе порогового устройства, по сравнению с максимально достижимым для более длинных импульсов, для которых оптимально использование более узкополосных ФНЧ.
Известны многоканальные приемники, в которых входная полоса частот делится на более узкие полосы набором полосовых фильтров, после которых производится независимое детектирование и энергетическое обнаружение сигнала в каждом частотном канале. Такой подход позволяет уменьшить мощность шумов и увеличить ОСШ в каналах (при условии, что ширина полосы частот каналов не меньше ширины полосы частот сигнала), но не решает проблемы согласования фиксированной полосы частот последетекторного ФНЧ каждого частотного канала с неизвестной заранее полосой частот, занимаемой продетектированными импульсными сигналами, длительность которых может меняться в широком диапазоне.
Наиболее близким прототипом является многоканальный детектор сигналов, описанный в патенте US8045654B1 – Matched detector/channelizer with adaptive threshold (и/или US7430254B1 – Matched detector/channelizer with adaptive threshold).
Патент US8045654B1 описывает многоканальный детектор импульсных сигналов с набором додетекторных полосовых фильтров с различными центральными частотами и полосами пропускания. Основной проблемой данной схемы является наличие у любого сигнала двух независимых параметров – центральной частоты и полосы частот. Это приводит к необходимости использования большого количества фильтров т.к. при их малом количестве фильтр настроенный на центральную частоту сигнала может иметь неоптимальную полосу, а фильтр с оптимальной полосой может не соответствовать центральной частоте сигнала. Уменьшение количества фильтров приводит к ухудшению качества обнаружения.
Технической задачей является создание способа обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами, малочувствительного к изменениям несущей частоты и длительности обнаруживаемых сигналов.
Технический результат достигается тем, что для обнаружения импульсных сигналов используется многоканальный энергетический обнаружитель с набором последетекторных ФНЧ с последовательно сужающейся полосой пропускания, хотя бы один из каналов которого окажется близок по полосе пропускания ФНЧ к оптимальному для заранее неизвестной длительности импульса.
Технический результат заявляемого способа заключается в том, что используется низкочастотная фильтрация выходного сигнала детектора в нескольких независимых параллельных каналах с последетекторными фильтрами низких частот ФНЧ с последовательно сужающейся (например в заданное целое число раз) полосой пропускания, благодаря чему снижается чувствительность к изменениям несущей частоты и длительности обнаруживаемых сигналов.
Способ состоит в амплитудном детектировании смеси сигнала с шумом, подаче выходного сигнала амплитудного детектора на набор независимых параллельных последетекторных фильтров низких частот (ФНЧ) с последовательно сужающейся полосой пропускания, независимой обработке выходного сигнала каждого ФНЧ каким-либо из известных обнаружителей импульсных сигналов, использующих сравнение текущего значения огибающей сигнала с адаптивным или фиксированным порогом обнаружения, пропорциональным оценке мощности шума. Порог обнаружения снижается с сужением полосы пропускания ФНЧ, обеспечивая повышение вероятности обнаружения сигнала при сохранении заданной вероятности ложной тревоги за счет уменьшения дисперсии продетектированного шума, приводящей к снижению вероятности превышения порога шумовым выбросом.
В случае обнаружения сигнала в нескольких каналах одновременно, можно определить оптимальный канал, сравнивая мощность обнаруженного продетектированного сигнала с дисперсией продектированного шума, т.е. фактически оценивая отношение сигнал-шум (ОСШ) в каналах. Такая возможность связана с тем, что при оптимальной полосе частот ФНЧ канала шум в нем подавляется, и его дисперсия уменьшается, а сам сигнал еще не подавляется и его мощность не меняется. При дальнейшем сужении полосы, наряду с уменьшением дисперсии продектированного шума начнет убывать и мощность продетектированного импульсного сигнала из-за чрезмерного сужения полосы пропускания ФНЧ, становящейся недостаточной для полного пропускания импульсного сигнала. Отсюда следует второй способ определения оптимального канала, это канал, предшествующий тому, в котором мощность обнаруженного импульса начинает убывать.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
На фиг. 1 представлена осциллограмма импульсного сигнала с шумом (полученного в результате моделирования) и огибающая сигнала после прохождения через ФНЧ с уменьшающейся в 2 раза полосой пропускания.
На фиг. 2 представлена блок-схема реализации предлагаемого способа обнаружения импульсных сигналов.
На фиг. 3 приведены результаты работы предлагаемого способа при обнаружении импульсного сигнала длительностью 256 отсчетов в аддитивном белом гауссовом шуме для различных значений децимаций и коэффициентов множителей порога обнаружителя в зависимости от ОСШ.
На фиг. 4 показаны значения множителя порога, в зависимости от номера канала (красная кривая – теория, синяя – результатам моделирования).
На фиг. 5 показана вероятность ложной тревоги в различных каналах обнаружителя в зависимости от ОСШ.
Для преодоления недостатков обычного энергетического обнаружителя предлагается использовать многоканальный энергетический обнаружитель с набором параллельных последетекторных ФНЧ с последовательно сужающейся (например, в целое число раз) полосой пропускания. В этом вероятность обнаружения импульсного сигнала на выходе каждого ФНЧ будет максимальна в случае соответствия его полосы частот длительности обнаруживаемого импульса и будет иметь меньшее значение в противном случае. Таким образом, обнаружение сигнала наиболее вероятно в канале, имеющем оптимальный по полосе пропускания последетекторный ФНЧ. Номер сработавшего канала несет дополнительную информацию об ориентировочной длительности сигнала. В случае обнаружения сигнала в нескольких каналах одновременно, возможно определение оптимального канала по критерию максимума отношения мощности обнаруженного сигнала к дисперсии продетектированного шума или по критерию отсутствия уменьшения мощности (подавления) сигнала из-за чрезмерно узкой полосы ФНЧ.
Ключевым отличием предлагаемого способа является замена набора додетекторных полосовых фильтров на набор последетекторных фильтров низкой частоты. После детектирования импульсные сигналы с различными центральными частотами (радиоимпульсы) переносятся в область низких частот (видеоимпульсы) и могут отличаться только шириной полосы частот, поэтому их оптимальное энергетическое обнаружение больше не требует применения полосовых фильтров. Достаточно использовать набор фильтров низких частот с разными частотами среза. Это приводит к возможности существенного уменьшения количества фильтров при сохранении высоких характеристик обнаружения. Требуемое количество ФНЧ определяется отношением максимальной ожидаемой длительности сигнала к минимальной и допустимыми потерями в ОСШ из-за неоптимальности полос ФНЧ.
Широкополосный фильтр, амплитудный детектор и многоканальный ФНЧ могут быть реализованы как в аналоговой, так и в цифровой форме. В последнем случае в качестве ФНЧ могут использоваться вычислительно эффективные полифазные фильтры для одновременной децимации (прореживания) цифрового сигнала в требуемое число раз. Дополнительным выигрышем в данном случае является постоянное снижение требуемой частоты дискретизации с соответствующее сужению полосы ФНЧ каналов, облегчающее цифровую обработку сигналов.
По сравнению с обычным энергетическим детектором предлагаемая схема отличается повышенной вероятностью обнаружения импульсного сигнала с неизвестной длительностью на фоне белого шума. По сравнению с многоканальным приемником с набором додетекторных полосовых фильтров предлагаемая схема отличается меньшей сложностью и повышенной достоверностью обнаружения импульсного сигнала на фоне белого шума. Предлагаемая схема может использоваться и в комбинации с многоканальным приемником с набором додетекторных полосовых фильтров, в случае ее установки на выходе каждого частотного канала такого приемника. В этом случае достигается дополнительное улучшение характеристик обнаружения в каждом частотном канале.
Результаты моделирования работы предлагаемого способа при обнаружении импульсного сигнала длительностью 256 отсчетов в аддитивном белом гауссовом шуме для различных значений децимаций и коэффициентов множителей порога обнаружителя в зависимости от ОСШ приведены на фиг. 3. Видно, что при заданном ОСШ вероятность обнаружения сигнала большой длительности сперва растет с сужением полосы канала. Однако чрезмерное сужение полосы пропускания ФНЧ (больше чем в 32 раза) приводит к снижению выигрыша в требуемом ОСШ.
В каждом канале после детектора и фильтра использовался широко распространенный обнаружитель с постоянным уровнем ложных тревог (ПУЛТ), базирующийся на оценке среднего уровня шума в скользящем окне. Порог обнаружения устанавливался как взвешенная сумма отсчетов шума в окне, умноженная на множитель порога. Сигнал считался обнаруженным при превышении им уровня порога. Множитель порога в каждом канале учитывал полосу пропускания его фильтра, т.е. уменьшался с уменьшением полосы ФНЧ. Фиг. 4 показывает убывающие с ростом номера канала значения множителя порога (красная кривая – теория, синяя – получена по результатам моделирования).
Фиг. 5 показывает вероятности ложной тревоги в различных каналах обнаружителя в зависимости от ОСШ. Видно, что, несмотря на снижение порога обнаружения, роста вероятности ложной тревоги практически не происходит из-за сужения полосы пропускания соответствующего ФНЧ, приводящего к уменьшению мощности шума.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение вероятности правильного обнаружения сигналов большой длительности при сохранении вероятности ложной тревоги на низком уровне.
Claims (2)
1. Способ обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами, включающий в себя широкополосную фильтрацию смеси импульсного сигнала с шумом, ее амплитудное детектирование, независимое сравнение выходного сигнала каждого канала с адаптивным или фиксированным порогом обнаружения, снижающимся с сужением полосы ФНЧ, отличающийся тем, что используется низкочастотная фильтрация выходного сигнала детектора в нескольких независимых параллельных каналах с последетекторными фильтрами низких частот ФНЧ с последовательно сужающейся (например, в заданное целое число раз) полосой пропускания.
2. Способ по п.1, реализованный в цифровой форме и использующий прореживание отсчетов (децимацию) с соответствующим снижением частоты дискретизации в более низкочастотных каналах для уменьшения вычислительной сложности реализации способа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020143937A RU2755680C1 (ru) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Способ многоканального обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами в шумах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020143937A RU2755680C1 (ru) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Способ многоканального обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами в шумах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755680C1 true RU2755680C1 (ru) | 2021-09-20 |
Family
ID=77745937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020143937A RU2755680C1 (ru) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | Способ многоканального обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами в шумах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755680C1 (ru) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4510624A (en) * | 1983-09-22 | 1985-04-09 | Motorola, Inc. | Noise blanking arrangement to minimize blanker splatter |
RU2267226C1 (ru) * | 2004-07-28 | 2005-12-27 | Южно-Уральский государственный университет | Устройство обнаружения и оценки частоты радиоимпульсов |
RU2321018C1 (ru) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Способ обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами и устройство для его осуществления |
US8045654B1 (en) * | 2003-08-06 | 2011-10-25 | Lockheed Martin Corporation | Matched detector/channelizer with adaptive threshold |
JP2012170701A (ja) * | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | 拍動検出装置 |
RU2547095C1 (ru) * | 2014-02-27 | 2015-04-10 | Андрей Владимирович Симонов | Обнаружитель радиоимпульсов |
RU2700580C1 (ru) * | 2019-02-20 | 2019-09-18 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих сигнала и помех в основном и компенсационном каналах |
RU2708372C1 (ru) * | 2018-06-18 | 2019-12-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Способ обнаружения пачки радиоимпульсов с произвольной степенью когерентности и устройство его осуществления |
RU2730181C1 (ru) * | 2019-12-04 | 2020-08-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ обнаружения импульсного радиосигнала в условиях быстрых замираний на фоне белого шума |
-
2021
- 2021-03-04 RU RU2020143937A patent/RU2755680C1/ru active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4510624A (en) * | 1983-09-22 | 1985-04-09 | Motorola, Inc. | Noise blanking arrangement to minimize blanker splatter |
US8045654B1 (en) * | 2003-08-06 | 2011-10-25 | Lockheed Martin Corporation | Matched detector/channelizer with adaptive threshold |
RU2267226C1 (ru) * | 2004-07-28 | 2005-12-27 | Южно-Уральский государственный университет | Устройство обнаружения и оценки частоты радиоимпульсов |
RU2321018C1 (ru) * | 2006-09-12 | 2008-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Способ обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами и устройство для его осуществления |
JP2012170701A (ja) * | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | 拍動検出装置 |
RU2547095C1 (ru) * | 2014-02-27 | 2015-04-10 | Андрей Владимирович Симонов | Обнаружитель радиоимпульсов |
RU2708372C1 (ru) * | 2018-06-18 | 2019-12-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Способ обнаружения пачки радиоимпульсов с произвольной степенью когерентности и устройство его осуществления |
RU2700580C1 (ru) * | 2019-02-20 | 2019-09-18 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Способ энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих сигнала и помех в основном и компенсационном каналах |
RU2730181C1 (ru) * | 2019-12-04 | 2020-08-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ обнаружения импульсного радиосигнала в условиях быстрых замираний на фоне белого шума |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8655300B2 (en) | Detecting interference in wireless receiver | |
CA1165841A (en) | Apparatus and method for attenuating interfering signals | |
KR102044816B1 (ko) | 선택적 신호 제거를 위한 장치 및 방법 | |
CN112684251A (zh) | 一种基于功率谱模版的目标信号频域检测方法 | |
US9450598B2 (en) | Two-stage digital down-conversion of RF pulses | |
US8660219B2 (en) | Circuit and method for distinguishing between an OFDM signal and a radar signal | |
Van Der Merwe et al. | Adaptive notch filtering against complex interference scenarios | |
RU2755680C1 (ru) | Способ многоканального обнаружения импульсных сигналов с неизвестными параметрами в шумах | |
Sundresh et al. | Maximum a posteriori estimator for suppression of interchannel interference in FM receivers | |
RU2683791C1 (ru) | Способ определения видов радиолокационных сигналов в автокорреляционном приемнике | |
WO2019216819A1 (en) | Method to increase the bandwidth in a digital receiver system by the use of frequency coding | |
EP0548438A1 (en) | A method for detecting dual tone multi-frequency signals and device for implementing said method | |
Kim et al. | Efficient multi-channel wideband spectrum sensing technique using filter bank | |
US20130058381A1 (en) | Nonlinear signal processing method and apparatus for pulsed-based ultra-wideband system | |
Lipatkin et al. | Application of digital filter bank for radio monitoring | |
US4969160A (en) | Dual channel clock recovery circuit | |
RU2112249C1 (ru) | Способ обнаружения импульсных радиосигналов на фоне узкополосных помех | |
CN114724573A (zh) | 一种啸叫抑制方法、装置、计算机可读存储介质以及系统 | |
KR101196088B1 (ko) | 직교 주파수 분할 다중 시스템에서의 동일 채널간 간섭신호 검출 방법 및 장치 | |
Bell et al. | Searchlight: An accurate, sensitive, and fast radio frequency energy detection system | |
RU2716017C1 (ru) | Способ определения видов радиолокационных сигналов в автокорреляционном приемнике | |
KR101501483B1 (ko) | 주파수 도약 fm / bfsk 시스템에서 도약 위상 추정기를 이용한 블라인드 복조 방법 | |
JP3727765B2 (ja) | 受信装置 | |
RU2379837C1 (ru) | Супергетеродинный приемник | |
US4962508A (en) | Dual channel interference canceller |