RU2801110C2 - Method for automatic detection of narrowband signals - Google Patents
Method for automatic detection of narrowband signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801110C2 RU2801110C2 RU2021127800A RU2021127800A RU2801110C2 RU 2801110 C2 RU2801110 C2 RU 2801110C2 RU 2021127800 A RU2021127800 A RU 2021127800A RU 2021127800 A RU2021127800 A RU 2021127800A RU 2801110 C2 RU2801110 C2 RU 2801110C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- components
- correlation function
- cross
- signal
- calculated
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims abstract description 88
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 17
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 14
- 244000309464 bull Species 0.000 description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 5
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам автоматического обнаружения узкополосных сигналов в аддитивных шумах.The invention relates to radio engineering, and in particular to methods for automatic detection of narrowband signals in additive noise.
Известен способ автоматического обнаружения сигналов, реализованный в патенте RU №2480901 С1, МКП Н03М 1/08 (2006.01), G06F 17/00, (2006.01), H04L 27/22 (2006.01). Опубликовано: 27.04.2013. Бюл. №12.A known method for automatic detection of signals, implemented in the patent RU No. 2480901 C1, MCP H03M 1/08 (2006.01), G06F 17/00, (2006.01), H04L 27/22 (2006.01). Published: 04/27/2013. Bull. No. 12.
В известном способе принимают аналоговый сигнал z(t), оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, формируют спектральное представление Fj, где j=1, 2, … - порядковый номер спектральной компоненты, оцифрованного сигнала zi, где i=1, 2, … - порядковый номер временного отсчета, затем рассчитывают параметры спектрального представления Sj, по значениям которых вычисляют пороговое значение уровня шума G, сравнивают параметры спектрального представления Sj с рассчитанным пороговым значением уровня шума G и по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала, отличающийся тем, что при формировании спектрального представления Fj оцифрованный сигнал zj предварительно делят на N равных фрагментов, над которыми независимо друг от друга выполняют преобразование Фурье {F1j, F2j, …, FNj}, а в качестве параметров спектрального представления Sj выбирают максимальные значения компонентов преобразования Фурье каждого из N фрагментов. Решение о факте обнаружения сигнала принимают, если параметры спектрального представления хотя бы одного из фрагментов превысят пороговое значение уровня шума G. Пороговое значение уровня шума G рассчитывают раздельно для каждого из N фрагментов и выбирают равное утроенному значению усредненной суммы спектральных компонентов фрагмента.In a known method, an analog signal z(t) is received, digitized, for which the operations of sampling, quantization and coding are sequentially performed, a spectral representation F j is formed, where j=1, 2, ... is the serial number of the spectral component, the digitized signal z i , where i=1, 2, ... is the serial number of the time reference, then the parameters of the spectral representation S j are calculated, the values of which are used to calculate the threshold value of the noise level G, the parameters of the spectral representation S j are compared with the calculated threshold value of the noise level G and, based on the results of the comparison, take decision on the fact of signal detection, characterized in that when forming the spectral representation F j the digitized signal z j is preliminarily divided into N equal fragments, over which the Fourier transform {F 1j , F 2j , …, F Nj } is independently performed, and as the parameters of the spectral representation S j choose the maximum values of the components of the Fourier transform of each of the N fragments. The decision on the fact of signal detection is made if the parameters of the spectral representation of at least one of the fragments exceed the threshold value of the noise level G. The threshold value of the noise level G is calculated separately for each of the N fragments and is equal to the triple value of the averaged sum of the spectral components of the fragment.
Недостатком этого способа является ограниченность области его применения, поскольку его реализация в условиях высокого уровня шумов не обеспечивает высокого уровня дисперсии компонент в пределах того интервала обрабатываемой выборки, где содержится полезный сигнал.The disadvantage of this method is the limited scope of its application, since its implementation under conditions of a high noise level does not provide a high level of dispersion of the components within the interval of the processed sample, which contains the useful signal.
Известен также способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов, реализованный в патенте RU №2382495 С1, МКП Н04В 1/10 (2006.01). Опубликовано: 20.02.2010. Бюл. №5.There is also known a method for automatic detection of narrowband signals, implemented in the patent RU No. 2382495 C1, MCP H04V 1/10 (2006.01). Published: 20.02.2010. Bull. No. 5.
В данном способе принимают аналоговый сигнал z(t), оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала zi, сравнивают полученные параметры с предварительно заданным пороговым значением, и по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала, отличающийся тем, что для расчета параметров оцифрованного сигнала zi формируют его спектральное представление Fj, путем выполнения над ним преобразования Фурье, рассчитывают пороговый уровень шума U, путем вычисления удвоенного значения выборочного среднего компонента спектрального представления Fj, сравнивают уровни каждой из спектральных компонент из последовательности спектрального представления Fj с вычисленным пороговым уровнем шума U, и формируют первую F1j и вторую F2j последовательности соответственно из спектральных компонент Fj, превысивших пороговый уровень шума U и не превысивших его, затем раздельно суммируют компоненты, входящие в первую ΣF1 и вторую ΣF2 последовательности, после чего вычисляют соотношение R, как отношение найденных сумм R=ΣF1/ΣF2 и сравнивают с предварительно заданным пороговым значением Rпор, а решение о факте обнаружения сигнала принимают при условии, что R > Rпор, при том, что пороговое значение Rпор выбирается в интервале Rпор=0,13-0,15.In this method, an analog signal z(t) is received, it is digitized, for which the operations of sampling, quantization and coding are sequentially performed, then the parameters of the digitized signal z i are calculated, the obtained parameters are compared with a predetermined threshold value, and based on the results of the comparison, a decision is made about the fact signal detection, characterized in that, in order to calculate the parameters of the digitized signal z i , its spectral representation F j is formed, by performing a Fourier transform on it, the threshold noise level U is calculated, by calculating the doubled value of the sample mean component of the spectral representation F j , the levels of each of spectral components from the sequence of the spectral representation F j with the calculated threshold noise level U, and the first F 1j and second F 2j sequences are formed, respectively, from the spectral components F j that exceeded the threshold noise level U and did not exceed it, then the components included in the first ΣF 1 and the second ΣF 2 sequence, after which the ratio R is calculated as the ratio of the found sums R=ΣF 1 /ΣF 2 and compared with a predetermined threshold value Rthr , and the decision on the fact of signal detection is made provided that R > Rthr , despite the fact that the threshold value Rthr is selected in the interval Rthr =0.13-0.15.
Недостатком этого способа также является ограниченность области его применения, поскольку его реализация в условиях высокого уровня шумов не обеспечивает высокого уровня дисперсии компонент в пределах того интервала обрабатываемой выборки, где содержится полезный сигнал.The disadvantage of this method is also the limited scope of its application, since its implementation under high noise conditions does not provide a high level of dispersion of the components within the interval of the processed sample, which contains the useful signal.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному является способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов (патент RU №2419968, Н04В 1/10 (2006.01). Опубликовано: 27.05.2011. Бюл. №15), в котором принимают аналоговый сигнал z(t), оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала zi, сравнивают полученные параметры с предварительно вычисленным пороговым значением уровня шума U и по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала, для расчета параметров оцифрованного сигнала z его разделяют на две равные последовательности: z1 и z2, соответствующие первой и второй половинам оцифрованного сигнала z. Рассчитывают функцию взаимной корреляции К, между последовательностями z1 и z2 и формируют ее спектральное представление Fj, где j = 1, 2, … - номера спектральных компонент функции взаимной корреляции, путем выполнения над ней преобразования Фурье. Пороговое значение уровня шума U вычисляют путем умножения среднего значения компонент спектрального представления Fj на коэффициент Q. Сравнивают уровень каждой из спектральных компонент Fj с предварительно вычисленным пороговым значением уровня шума U и при выполнении, по крайней мере, для одной из j-x компонент условия Fj > U фиксируют факт обнаружения узкополосного сигнала. Значение Q выбирают в интервале Q = 3,5-4,5.The closest analogue in technical essence to the claimed one is a method for automatic detection of narrow-band signals (patent RU No. 2419968, H04V 1/10 (2006.01). Published: 05/27/2011. Bull. No. 15), in which an analog signal z(t) is received, digitize it, for which the operations of sampling, quantization and encoding are sequentially performed, then the parameters of the digitized signal z are calculatedi, the obtained parameters are compared with the previously calculated threshold value of the noise level U and, based on the results of the comparison, a decision is made about the fact of signal detection, to calculate the parameters of the digitized signal z, it is divided into two equal sequences: z1 and z2, corresponding to the first and second halves of the digitized signal z. Calculate the cross-correlation function K, between sequences z1 and z2 and form its spectral representation Fj, where j = 1, 2, … are the numbers of the spectral components of the cross-correlation function, by performing the Fourier transform on it. The threshold noise level U is calculated by multiplying the average value of the components of the spectral representation Fj by the coefficient Q. Compare the level of each of the spectral components Fj with a pre-calculated threshold noise level U and when at least one of the j-x components of the condition Fj > U fix the fact of detection of a narrowband signal. The Q value is chosen in the interval Q = 3.5-4.5.
Недостатком этого способа является ограниченность области его применения, поскольку его реализация в условиях высокого уровня шумов не обеспечивает высокого уровня дисперсии компонент в пределах того интервала обрабатываемой выборки, где содержится полезный сигнал.The disadvantage of this method is the limited scope of its application, since its implementation under conditions of a high noise level does not provide a high level of dispersion of the components within the interval of the processed sample, which contains the useful signal.
Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего обнаружение сигналов в условиях шумов без использования процедур преобразования Фурье обрабатываемых реализаций.The objective of the invention is to create a method for detecting signals in noisy conditions without using the Fourier transform procedures of the processed implementations.
Техническим результатом является реализация повышения уровня дисперсии компонент в пределах того интервала выборки, где содержится полезный сигнал.The technical result is the implementation of an increase in the dispersion level of the components within the sampling interval where the useful signal is contained.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в известном способе автоматического обнаружения узкополосных сигналов, заключающегося в том, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, рассчитывают функцию взаимной корреляции, вычисляют пороговое значение уровня шума оцифрованного сигнала, умножают среднее значение компонент на коэффициент, производят сравнение с вычисленным пороговым значением уровня шума, по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала. При этом предварительно формируют эталонный сигнал, параметры которого соответствуют параметрам обнаруживаемого сигнала в условиях отсутствия шумов, рассчитывают функцию корреляции эталонного сигнала, вычисляют пороговое значение уровня шума, для чего рассчитывают первую функцию взаимной корреляции между компонентами оцифрованной входной реализации содержащей только шум, и компонентами эталонного сигнала, рассчитывают вторую функцию взаимной корреляции между компонентами функции корреляции эталонного сигнала и компонентами первой функции взаимной корреляции, рассчитывают модуль среднего значения компонент второй функции взаимной корреляции и умножают на коэффициент, значение которого выбирают в интервале от двух до восьми, полученный результат перемножения выбирают в качестве порогового значения уровня шума, рассчитывают третью функцию взаимной корреляции между компонентами оцифрованного сигнала и компонентами эталонного сигнала, рассчитывают четвертую функцию взаимной корреляции между компонентами третьей функции взаимной корреляции и компонентами функции корреляции эталонного сигнала, рассчитывают среднее значение компонент четвертой функции взаимной корреляции, которое сравнивают с вычисленным пороговым значением уровня шума, по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала в том случае, если среднее значение компонент четвертой функции взаимной корреляции превысит вычисленное пороговое значение уровня шума, а конкретное значение коэффициента, на который умножают модуль среднего значения компонент второй функции взаимной корреляции, выбирают по результатам предварительного испытания.The claimed technical result is achieved by the fact that in the known method of automatic detection of narrowband signals, which consists in receiving an analog signal, digitizing it, for which the operations of sampling, quantization and coding are sequentially performed, the cross-correlation function is calculated, the threshold value of the noise level of the digitized signal is calculated , multiply the average value of the components by a coefficient, compare with the calculated threshold value of the noise level, based on the results of the comparison, decide on the fact of signal detection. At the same time, a reference signal is preliminarily formed, the parameters of which correspond to the parameters of the detected signal in the absence of noise, the correlation function of the reference signal is calculated, the threshold value of the noise level is calculated, for which the first cross-correlation function is calculated between the components of the digitized input implementation containing only noise, and the components of the reference signal , calculate the second cross-correlation function between the components of the correlation function of the reference signal and the components of the first cross-correlation function, calculate the modulus of the average value of the components of the second cross-correlation function and multiply by a coefficient, the value of which is chosen in the range from two to eight, the resulting multiplication result is selected as a threshold noise level, calculate the third cross-correlation function between the components of the digitized signal and the components of the reference signal, calculate the fourth cross-correlation function between the components of the third cross-correlation function and the components of the correlation function of the reference signal, calculate the average value of the components of the fourth cross-correlation function, which is compared with the calculated threshold the value of the noise level, based on the results of the comparison, a decision is made about the fact of detection of the signal in the event that the average value of the components of the fourth cross-correlation function exceeds the calculated threshold value of the noise level, and the specific value of the coefficient by which the modulus of the average value of the components of the second cross-correlation function is multiplied is selected according to the results of the preliminary test.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе обеспечивается обнаружение сигналов в условиях высокого уровня шумов без использования процедур преобразования Фурье обрабатываемых реализаций, за счет повышения уровня дисперсии компонент в пределах того интервала выборки, где содержится полезный сигнал, которое происходит в результате использования для обработки компонент функции взаимной корреляции, получаемой на основе компонент функции взаимной корреляции между компонентами оцифрованного сигнала и компонентами эталонного сигнала и компонентами функции корреляции эталонного сигнала.Thanks to the new set of essential features in the claimed method, it is possible to detect signals under conditions of a high noise level without using the Fourier transform procedures of the processed implementations, by increasing the level of dispersion of the components within the sampling interval where the useful signal is contained, which occurs as a result of using the function components for processing cross-correlation obtained on the basis of the components of the cross-correlation function between the components of the digitized signal and the components of the reference signal and the components of the correlation function of the reference signal.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:The claimed method is illustrated by drawings, which show:
фиг.1. - временная реализация функции взаимной корреляции оцифрованного аналогового сигнала в шумах и эталонного сигнала при отношении сигнал/шум (ОСШ), равном 0 дБ; функция взаимной корреляции полезного сигнала и эталонного сигнала (равносильна функции корреляции эталонного сигнала); истинное положение полезного сигнала;Fig.1. - temporal implementation of the cross-correlation function of the digitized analog signal in noise and the reference signal at a signal-to-noise ratio (SNR) equal to 0 dB; cross-correlation function of the useful signal and the reference signal (equivalent to the correlation function of the reference signal); the true position of the useful signal;
фиг. 2. - временная реализация функции взаимной корреляции от функции взаимной корреляции полезного сигнала и эталонного сигнала и функции взаимной корреляции оцифрованного аналогового сигнала в шумах при ОСШ = 0 дБ и эталонного сигнала; функция взаимной корреляции полезного сигнала и эталонного сигнала (равносильна функции корреляции эталонного сигнала); истинное положение полезного сигнала.fig. 2. - temporal implementation of the cross-correlation function from the cross-correlation function of the useful signal and the reference signal and the cross-correlation function of the digitized analog signal in noise at SNR = 0 dB and the reference signal; cross-correlation function of the useful signal and the reference signal (equivalent to the correlation function of the reference signal); the true position of the useful signal.
На фиг.1 и фиг.2. показаны зависимости функций взаимной корреляции от аргумента τ, где τ - интервал корреляции. Далее функции взаимной корреляции будут представлены как функции текущего параметра.In Fig.1 and Fig.2. the dependences of the cross-correlation functions on the argument τ are shown, where τ is the correlation interval. Further, cross-correlation functions will be presented as functions of the current parameter.
Корреляционный способ обнаружения сигналов успешно используется в различных областях радиотехники. Для дискретных сигналов X и У, функцию их взаимной корреляции можно представить следующим выражением [см. Сато Юкио. Обработка сигналов. Первое знакомство. - М.: Издательский дом «Додека XXI», 2002. - 176 с.]:The correlation method for detecting signals has been successfully used in various fields of radio engineering. For discrete signals X and Y, the function of their cross-correlation can be represented by the following expression [see. Sato Yukio. Signal processing. First meeting. - M.: Dodeka XXI Publishing House, 2002. - 176 p.]:
где N - количество временных отсчетов.where N is the number of time samples.
Вместе с тем существующая проблема автоматического обнаружения узкополосных сигналов в шумах заключается в том, что в условиях высокого уровня шумов (отношение сигнал/шум (ОСШ) < 2 дБ), рассчитываемая функция взаимной корреляции Kzu(τ) (здесь τ - интервал корреляции) оцифрованного аналогового сигнала в шумах z(t) = s(t) + n(t) (здесь s(t) - полезный сигнал; n(t) - шум) с эталонным сигналом u(t) имеет относительно низкий уровень дисперсии компонент в пределах того интервала обрабатываемой выборки, где содержится полезный сигнал s(t), что затрудняет достоверное обнаружение полезных сигналов.At the same time, the existing problem of automatic detection of narrow-band signals in noise lies in the fact that under conditions of high noise level (signal-to-noise ratio (SNR) < 2 dB), the calculated cross-correlation function K zu (τ) (here τ is the correlation interval) digitized analog signal in noise z(t) = s(t) + n(t) (here s(t) is a useful signal; n(t) is noise) with a reference signal u(t) has a relatively low level of component dispersion in within the interval of the processed sample, which contains the useful signal s(t), which makes it difficult to reliably detect useful signals.
В качестве примера, на фиг.1 показаны результаты эксперимента по обнаружению полезного сигнала s(t) в шумах n(t). Здесь показано истинное положение полезного сигнала s(t), положение функции взаимной корреляции Ksu(τ), которая рассчитана по формуле (1), где в качестве X выступает полезный сигнал s(t), а в качестве Y выступает эталонный сигнал u(t), параметры которого аналогичны параметрам полезного сигнала (т.е. s(t) = u(t)), а также показана функция взаимной корреляции Kzu(τ), которая рассчитана по формуле (1), где в качестве X выступает оцифрованный аналоговый сигнал в шумах z(t), а в качестве Y выступает эталонный сигнал u(t). Здесь ОСШ = 0 дБ.As an example, figure 1 shows the results of an experiment to detect a useful signal s(t) in the noise n(t). It shows the true position of the useful signal s(t), the position of the cross-correlation function K su (τ), which is calculated by formula (1), where the useful signal s(t) acts as X, and the reference signal u( t), the parameters of which are similar to those of the useful signal (i.e., s(t) = u(t)), and also shows the cross-correlation function K zu (τ), which is calculated by formula (1), where X is digitized analog signal in noise z(t), and the reference signal u(t) acts as Y. Here SNR = 0 dB.
Следует отметить, что функции взаимной корреляции Ksu(τ) будет аналогичной функции корреляции эталонного сигнала Kuu(τ), так как u(t) = s(t).It should be noted that the cross-correlation function K su (τ) will be similar to the correlation function of the reference signal K uu (τ), since u(t) = s(t).
Очевидно, что на основе визуального анализа достаточно сложно локализовать положение функции взаимной корреляции Kzu(τ), соответствующее полезному сигналу s(t). Это обусловлено относительно низким уровнем дисперсии компонент в пределах того интервала выборки, где содержится полезный сигнал.Obviously, based on visual analysis, it is rather difficult to localize the position of the cross-correlation function K zu (τ) corresponding to the useful signal s(t). This is due to the relatively low level of component dispersion within the sampling interval containing the useful signal.
Так расчет дисперсии функции взаимной корреляции Kzu(τ) в пределах интервала нахождения полезного сигнала и вне его, проводимый по формулеSo the calculation of the variance of the cross-correlation function K zu (τ) within the interval of finding the useful signal and outside it, carried out according to the formula
показал, что разница в значениях дисперсии в интервале нахождения полезного сигнала и вне его, составляет от 15% до 30%, в зависимости от выбранных интервалов, где нет полезного сигнала (расчетные значения получены по результатам усреднения 200 экспериментов).showed that the difference in the dispersion values in the interval where the useful signal is located and outside it ranges from 15% to 30%, depending on the selected intervals where there is no useful signal (the calculated values were obtained from the results of averaging 200 experiments).
В формуле (2): а - начало интервала, b - окончание интервала (на фиг.1 а и b показаны для интервала Ksu(τ)); ΣKzu - среднее значение функции взаимной корреляции Kzu(τ).In the formula (2): a - the beginning of the interval, b - the end of the interval (in Fig.1 a and b are shown for the interval K su (τ)); Σ Kzu - the average value of the cross-correlation function K zu (τ).
В тоже время, дополнительный расчет функции взаимной корреляции KKzu.Ksu(τ) по формуле (1), где в качестве X выступает функция взаимной корреляции Kzu(τ), а в качестве Y выступает функция взаимной корреляции Ksu(τ), приводит к повышению уровня дисперсии компонент в пределах того интервала выборки, где содержится полезный сигнал.At the same time, an additional calculation of the cross-correlation function K Kzu.Ksu (τ) according to formula (1), where X is the cross-correlation function K zu (τ), and Y is the cross-correlation function K su (τ), leads to an increase in the dispersion level of the components within the sampling interval containing the useful signal.
В качестве примера, на фиг.2 показаны результаты эксперимента по обнаружению полезного сигнала s(t) в шумах n(t). Здесь показано истинное положение полезного сигнала s(t), положение функции взаимной корреляции Ksu(τ), которая рассчитана по формуле (1), где в качестве X выступает полезный сигнал s(t), а в качестве Y выступает эталонный сигнал u(t), параметры которого аналогичны параметрам полезного сигнала (т.е. s(t) = u(t)).As an example, figure 2 shows the results of an experiment to detect a useful signal s(t) in the noise n(t). It shows the true position of the useful signal s(t), the position of the cross-correlation function K su (τ), which is calculated by formula (1), where the useful signal s(t) acts as X, and the reference signal u( t), the parameters of which are similar to those of the useful signal (i.e., s(t) = u(t)).
Также показана функция взаимной корреляции KKzuKsu(τ), которая рассчитана по формуле (1), где в качестве X выступает функция взаимной корреляции Kzu(τ), а в качестве Y выступает функция взаимной корреляции Ksu(τ). Здесь ОСШ = 0 дБ, т.е. условия аналогичные результатам эксперимента на фиг.1. Результаты на фиг.1 и фиг.2 представлены в одинаковом масштабе.Also shown is the cross-correlation function K KzuKsu (τ), which is calculated by formula (1), where X is the cross-correlation function K zu (τ), and Y is the cross-correlation function K su (τ). Here SNR = 0 dB, i.e. conditions similar to the results of the experiment in Fig.1. The results in figure 1 and figure 2 are presented in the same scale.
Очевидно, что даже на основе визуального анализа легко можно локализовать положение функции взаимной корреляции KKzuKsu(τ), соответствующее полезному сигналу s(t). Это обусловлено достаточно высоким уровнем дисперсии компонент в пределах того интервала выборки, где содержится полезный сигнал.Obviously, even on the basis of visual analysis, it is easy to localize the position of the cross-correlation function K KzuKsu (τ), corresponding to the useful signal s(t). This is due to a rather high level of dispersion of the components within the sampling interval containing the useful signal.
Так расчет дисперсии функции взаимной корреляции KKzuKsu(τ) в пределах интервала нахождения полезного сигнала и вне его, проводимый по формуле (2) показал, что разница в значениях дисперсии в интервале нахождения полезного сигнала и вне его, составляет от 500% до 700%, в зависимости от выбранных интервалов, где нет полезного сигнала (расчетные значения получены по результатам усреднения 200 экспериментов).So the calculation of the dispersion of the cross-correlation function K KzuKsu (τ) within the interval of finding the useful signal and outside it, carried out according to formula (2), showed that the difference in the values of the dispersion in the interval of finding the useful signal and outside it is from 500% to 700% , depending on the selected intervals where there is no useful signal (the calculated values were obtained from the results of averaging 200 experiments).
Таким образом, за счет повышения уровня дисперсии компонент в пределах того интервала выборки, где содержится полезный сигнал, которое происходит в результате использования для обработки компонент функции взаимной корреляции, получаемой на основе компонент функции взаимной корреляции между компонентами оцифрованного сигнала и компонентами эталонного сигнала и компонентами функции корреляции эталонного сигнала (функции взаимной корреляции эталонного сигнала и полезного сигнала), открывается возможность реализации заявленного способа обнаружения сигналов в условиях высокого уровня шумов без использования процедур преобразования Фурье обрабатываемых реализаций.Thus, by increasing the dispersion level of the components within the sampling interval containing the useful signal, which occurs as a result of using for processing the components of the cross-correlation function obtained on the basis of the components of the cross-correlation function between the components of the digitized signal and the components of the reference signal and the components of the function correlation of the reference signal (functions of cross-correlation of the reference signal and the useful signal), it opens up the possibility of implementing the claimed method of detecting signals in conditions of a high noise level without using the Fourier transform procedures of the processed implementations.
Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.The implementation of the claimed method is explained as follows.
1. Формируют эталонный сигнал, параметры которого соответствуют обнаруживаемому сигналу в условиях отсутствия шумов.1. A reference signal is formed, the parameters of which correspond to the detected signal in the absence of noise.
Процедуры формирования эталонных сигналов известны, и, например, рассмотрены в [Патент RU №2423735, МПК G06K 9/00 (2006.01). Способ распознавания радиосигналов. Опубликовано: 10.07.2011. Бюл. №19].The procedures for generating reference signals are known, and, for example, are discussed in [Patent RU No. 2423735, IPC G06K 9/00 (2006.01). A method for recognizing radio signals. Published: 07/10/2011. Bull. No. 19].
2. Рассчитывают функцию корреляции эталонного сигнала Kuu(j). Расчет осуществляют по формуле (1).2. Calculate the correlation function of the reference signal K uu (j). The calculation is carried out according to the formula (1).
Процедуры расчета функции взаимной корреляции сигналов известны [Патент RU №2419968, МПК Н04В 1/10 (2006.01). Способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов. Опубликовано: 27.05.2011. Бюл. №15]. Процедуры расчета функции корреляции аналогичны процедурам расчета функции взаимной корреляции, но реализуется только в отношении сигнала и его сдвинутой по времени копии.Procedures for calculating the cross-correlation function of signals are known [Patent RU No. 2419968, IPC H04V 1/10 (2006.01). Method for automatic detection of narrowband signals. Published: 05/27/2011. Bull. No. 15]. The procedures for calculating the correlation function are similar to the procedures for calculating the cross-correlation function, but it is implemented only in relation to the signal and its time-shifted copy.
3. Принимают реализацию в виде аналогового сигнала z(t), содержащую только шум x(t), т.е. z(t) = x(t). Прием может осуществляться, например, с тракта промежуточной или низкой частоты радиоприемного устройства.3. Accept an implementation in the form of an analog signal z(t) containing only noise x(t), i.e. z(t) = x(t). Reception can be carried out, for example, from the intermediate or low frequency path of the radio receiver.
Процедуры приема аналогового сигнала известны, и, например, рассмотрены в [Патент RU №2356064. МПК G01S 7/00 (2006.01). Способ распознавания радиосигналов. Опубликовано: 20.05.2009. Бюл. №14].Procedures for receiving an analog signal are known, and, for example, are discussed in [Patent RU No. 2356064. IPC G01S 7/00 (2006.01). A method for recognizing radio signals. Published: 05/20/2009. Bull. No. 14].
4. Оцифровывают принятую реализацию в виде аналогового сигнала z(t), для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования.4. The adopted implementation is digitized in the form of an analog signal z(t), for which the operations of sampling, quantization and coding are sequentially performed.
Процедуры дискретизации, квантования и кодирования аналогового сигнала известны, и, например, рассмотрены в [Патент RU №2261476. МПК G06K 9/00. Способ распознавания радиосигналов. Опубликовано: 27.09.2005 Бюл. №27].Procedures for sampling, quantization and coding of an analog signal are known, and, for example, are discussed in [Patent RU No. 2261476. IPC G06K 9/00. A method for recognizing radio signals. Published: 27.09.2005 Bull. No. 27].
5. Рассчитывают первую функцию взаимной корреляции K1(j), между компонентами оцифрованной входной реализации содержащей только шум ni и компонентами эталонного сигнала ui. Расчет осуществляют по формуле (1).5. The first cross-correlation function K1(j) is calculated between the components of the digitized input implementation containing only noise n i and the components of the reference signal u i . The calculation is carried out according to the formula (1).
6. Рассчитывают вторую функцию взаимной корреляции K2(j) между компонентами функции корреляции эталонного сигнала Kuu(j) и компонентами первой функции взаимной корреляции K1(j).6. Calculate the second cross-correlation function K2(j) between the components of the correlation function of the reference signal Kuu(j) and the components of the first cross-correlation function K1(j).
7. Рассчитывают модуль среднего значения компонент второй функции взаимной корреляции ΣK2 и умножают на коэффициент Q, значение которого выбирают от двух до восьми.7. The modulus of the average value of the components of the second cross-correlation function Σ K2 is calculated and multiplied by the coefficient Q, the value of which is chosen from two to eight.
Процедуры вычисления средних значений компонент функции взаимной корреляции известны [Патент RU №2419968, МПК Н04В 1/10 (2006.01). Способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов. Опубликовано: 27.05.2011. Бюл. №15]. Процедуры умножения также известны [Патент RU №2439819. МПК H04L 7/02 (2006.01). Способ и устройство формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции. Опубликовано: 10.01.2012. Бюл. №1].Procedures for calculating the average values of the components of the cross-correlation function are known [Patent RU No. 2419968, IPC H04B 1/10 (2006.01). Method for automatic detection of narrowband signals. Published: 05/27/2011. Bull. No. 15]. Multiplication procedures are also known [Patent RU No. 2439819. IPC H04L 7/02 (2006.01). Method and device for generating quadrature amplitude shift keying signals. Published: 01/10/2012. Bull. No. 1].
8. Полученный результат перемножения Gn (результат расчета по формуле (3)) выбирают в качестве порогового значения уровня шума.8. The obtained result of multiplying Gn (the result of calculation by formula (3)) is selected as the threshold value of the noise level.
9. Принимают реализацию в виде аналогового сигнала z(t), которая может содержать или только шум z(t) = x(t), или аддитивную смесь z(t) = s(t) + x(t) обнаруживаемого полезного сигнала s(t) и шума x(t).9. Accept an implementation in the form of an analog signal z(t), which may contain either only noise z(t) = x(t), or an additive mixture z(t) = s(t) + x(t) of the detected useful signal s (t) and noise x(t).
(Процедуры аналогичны п. 3).(Procedures are similar to point 3).
10. Оцифровывают принятую реализацию в виде аналогового сигнала z(t).10. Digitize the adopted implementation as an analog signal z(t).
(Процедуры аналогичны п. 4).(Procedures are similar to point 4).
11. Рассчитывают третью функцию взаимной корреляции K3(j) между компонентами оцифрованного сигнала и компонентами эталонного сигнала.11. Calculate the third cross-correlation function K3(j) between the components of the digitized signal and the components of the reference signal.
(Процедуры аналогичны п. 4).(Procedures are similar to point 4).
В качестве примера на фиг.1 показана функция взаимной корреляции K3(j).As an example, figure 1 shows the cross-correlation function K3(j).
12. Рассчитывают четвертую функцию взаимной корреляции K4(j) между компонентами третьей функции взаимной корреляции и компонентами функции корреляции эталонного сигнала,12. Calculate the fourth cross-correlation function K4(j) between the components of the third cross-correlation function and the components of the correlation function of the reference signal,
(Процедуры аналогичны п. 4).(Procedures are similar to point 4).
В качестве примера на фиг.2 показана функция взаимной корреляции K4G).As an example, figure 2 shows the cross-correlation function K4G).
13. Рассчитывают среднее значение компонент четвертой функции взаимной корреляции ΣK4,13. Calculate the average value of the components of the fourth cross-correlation function Σ K4 ,
(Процедуры аналогичны п. 7).(Procedures are similar to point 7).
14. Сравнивают рассчитанное в п. 13 среднее значение компонент четвертой функции взаимной корреляции ΣK4, с вычисленным пороговым значением уровня шума Gn. По результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала в том случае, если среднее значение компонент четвертой функции взаимной корреляции превысит вычисленное пороговое значение уровня шума.14. Compare the average value of the components of the fourth cross-correlation function Σ K4 calculated in paragraph 13 with the calculated threshold noise level Gn. Based on the results of the comparison, a decision is made about the fact of detecting a signal in the event that the average value of the components of the fourth cross-correlation function exceeds the calculated threshold value of the noise level.
Процедуры сравнения порогового значения уровня шума оцифрованного сигнала с компонентами функции взаимной корреляции известны [Патент RU №2419968, МПК Н04В 1/10 (2006.01). Способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов. Опубликовано: 27.05.2011. Бюл. №15].Procedures for comparing the threshold value of the noise level of the digitized signal with the components of the cross-correlation function are known [Patent RU No. 2419968, IPC H04V 1/10 (2006.01). Method for automatic detection of narrowband signals. Published: 05/27/2011. Bull. No. 15].
Для примера, представленного на фиг 2, обнаружение полезного сигнала обеспечивается при выборе значение коэффициента Q = 4. Конкретное значение выбора коэффициента Q осуществляют по результатам предварительного испытания, в ходе которого производят обработку не менее 200 реализаций z(t) = x(t) для текущего значения уровня шума и вычисляют не менее 200 средних значений компонент второй функции взаимной корреляции ΣK2. И текущее значение Q выбирают таким образом, чтобы результирующее значение порога Gn, рассчитанное по формуле (3), где в качестве ΣK2 было выбрано самое малое значение из полученных в ходе испытаний, превысило не менее чем в 1,5 раза самое большое значение ΣK2, полученное в ходе испытаний.For the example shown in Fig. 2, the detection of a useful signal is ensured by choosing the value of the coefficient Q = 4. The specific value of the choice of the coefficient Q is carried out according to the results of a preliminary test, during which at least 200 realizations z(t) = x(t) are processed for the current value of the noise level and calculate at least 200 average values of the components of the second cross-correlation function ΣK2. And the current value of Q is chosen in such a way that the resulting value of the threshold Gn, calculated by formula (3), where as ΣK2 the smallest value obtained during the tests was chosen, exceeded by at least 1.5 times the largest value ΣK2, obtained during testing.
Таким образом, благодаря использованию для обработки компонент функции взаимной корреляции, получаемой на основе компонент функции взаимной корреляции между компонентами оцифрованного сигнала и компонентами эталонного сигнала и компонентами функции корреляции эталонного сигнала, обеспечивается повышение уровня дисперсии компонент в пределах того интервала выборки, где содержится полезный сигнал, что позволяет реализовать автоматическое обнаружение полезного сигнала в условиях высокого уровня шумов, что указывает на обеспечение заявляемого технического результата.Thus, due to the use for processing the components of the cross-correlation function obtained on the basis of the components of the cross-correlation function between the components of the digitized signal and the components of the reference signal and the components of the correlation function of the reference signal, an increase in the level of dispersion of the components is provided within the sampling interval where the useful signal is contained, which makes it possible to implement automatic detection of a useful signal in conditions of high noise levels, which indicates the provision of the claimed technical result.
Claims (1)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021127800A RU2021127800A (en) | 2023-03-21 |
| RU2801110C2 true RU2801110C2 (en) | 2023-08-01 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2855410C1 (en) * | 2025-06-17 | 2026-01-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Method for detecting carrier-free signals |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2264043C1 (en) * | 2004-05-17 | 2005-11-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого | Digital detector of complicated signals |
| US6999526B2 (en) * | 2000-01-03 | 2006-02-14 | Alcatel | Method for simple signal, tone and phase change detection |
| RU2382495C1 (en) * | 2009-02-17 | 2010-02-20 | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного | Method for automatic detection of narrow-band signals |
| RU2419968C2 (en) * | 2009-08-03 | 2011-05-27 | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного | Method of automatic detection of narrow-band signals |
| RU2423735C1 (en) * | 2010-03-17 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of detecting radio signals |
| 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 (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6999526B2 (en) * | 2000-01-03 | 2006-02-14 | Alcatel | Method for simple signal, tone and phase change detection |
| RU2264043C1 (en) * | 2004-05-17 | 2005-11-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого | Digital detector of complicated signals |
| RU2382495C1 (en) * | 2009-02-17 | 2010-02-20 | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного | Method for automatic detection of narrow-band signals |
| RU2419968C2 (en) * | 2009-08-03 | 2011-05-27 | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного | Method of automatic detection of narrow-band signals |
| RU2423735C1 (en) * | 2010-03-17 | 2011-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Method of detecting radio signals |
| 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 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2855410C1 (en) * | 2025-06-17 | 2026-01-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Method for detecting carrier-free signals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204495996U (en) | wideband sonar receiver | |
| CN110988834B (en) | A Pulse Arrival Time Measurement Method Based on Adaptive Threshold and Double Threshold | |
| RU2570592C1 (en) | Method of detecting and analysing acoustic emission signals | |
| EP3170017B1 (en) | Improved signal detection and characterization | |
| RU2382495C1 (en) | Method for automatic detection of narrow-band signals | |
| RU2801110C2 (en) | Method for automatic detection of narrowband signals | |
| RU2419968C2 (en) | Method of automatic detection of narrow-band signals | |
| CN110299926B (en) | An underwater acoustic signal detection method for low signal-to-noise ratio environment | |
| RU2351005C1 (en) | Method of evaluating signal parameters and device to this end (versions) | |
| CN103905360B (en) | The non-cooperation bpsk signal coding/decoding method for adding " sentencing pole " to operate | |
| US7266465B1 (en) | Wideband digital IFM receiver with frequency confirmation | |
| RU2677835C1 (en) | Hydro-acoustic tone signals resolution method | |
| RU2855410C1 (en) | Method for detecting carrier-free signals | |
| RU2806655C2 (en) | Method for detecting narrow band signals | |
| RU2774983C1 (en) | Automatic signal detection method | |
| US7444128B1 (en) | Method of estimating a high frequency carrier signal | |
| RU2807326C1 (en) | Method for automatic detection of narrow-band signals | |
| RU2480901C1 (en) | Method for automatic detection of signals | |
| JP3881078B2 (en) | Frequency estimation method, frequency estimation device, Doppler sonar and tidal meter | |
| CN117607876A (en) | A passive sonar multi-beam narrowband signal detection method and system | |
| RU2525302C1 (en) | Method for automatic detection of narrow-band signals (versions) | |
| US7738598B1 (en) | Detection and time-of-arrival estimation using an IFM receiver | |
| RU2761983C2 (en) | Method for determining frequencies of multiple signals in subsampling receiver | |
| CN112929053B (en) | Frequency hopping signal feature extraction and parameter estimation method | |
| RU2767183C1 (en) | Method for automatic detection of narrowband signals |