RU2807326C1 - Method for automatic detection of narrow-band signals - Google Patents
Method for automatic detection of narrow-band signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807326C1 RU2807326C1 RU2023110648A RU2023110648A RU2807326C1 RU 2807326 C1 RU2807326 C1 RU 2807326C1 RU 2023110648 A RU2023110648 A RU 2023110648A RU 2023110648 A RU2023110648 A RU 2023110648A RU 2807326 C1 RU2807326 C1 RU 2807326C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- cross
- calculated
- correlation function
- fragment
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 15
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 10
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 17
- 244000309464 bull Species 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам автоматического обнаружения узкополосных сигналов в аддитивных шумах, в условиях априорной неопределенности о времени их прихода.The invention relates to radio engineering, namely to methods for automatically detecting narrow-band signals in additive noise, under conditions of a priori uncertainty about the time of their arrival.
Известен «Способ автоматического обнаружения сигналов» (Патент РФ № 2480901 С1, МПК H03M 1/08 (2006.01), G06F 17/00, H04L 27/22, Опубл.: 27.04.2013. Бюл. № 12).The “Method for automatic detection of signals” is known (RF Patent No. 2480901 C1, IPC H03M 1/08 (2006.01), G06F 17/00, H04L 27/22, Publ.: 04/27/2013. Bulletin 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, при этом при формировании спектрального представления Fj оцифрованный сигнал zi 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 the known method, an analog signal z(t) is received, digitized, for which sampling, quantization and encoding operations are sequentially performed, a spectral representation F j is formed, where j = 1, 2, ... is the serial number of the spectral component of the digitized signal z i , where i = 1, 2, ... is the serial number of the time reference, then the parameters of the spectral representation Sj are calculated, from the values of which the threshold value of the noise level G is calculated, the parameters of the spectral representation Sj are compared with the calculated threshold value of the noise level G and, based on the comparison results, a decision is made on the fact of signal detection, while when forming a spectral representation F j, the digitized signal z i is preliminarily divided into N equal fragments, over which the Fourier transform {F 1j , F2 j, ..., F Nj } is performed independently of each other, and as parameters of the spectral representations S j select the maximum values of the Fourier transform components of each of the N fragments. The decision about 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 chosen equal to triple the value of the averaged sum of the spectral components of the fragment.
Недостатком этого способа является ограниченность области его применения, поскольку его реализация не обеспечивает точного определения времени прихода обнаруживаемого сигнала в условиях, когда в обрабатываемом фрагменте содержится лишь часть полезного сигнала.The disadvantage of this method is the limited scope of its application, since its implementation does not provide an accurate determination of the time of arrival of the detected signal in conditions when the processed fragment contains only part of the useful signal.
Известен также «Способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов» (Патент РФ № 2382495, МПК H04B 1/10, опубл.: 20.02.2010. Бюл. № 5).The “Method for automatic detection of narrow-band signals” is also known (RF Patent No. 2382495, IPC H04B 1/10, publ.: 02.20.2010. Bulletin 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, при этом 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. 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, digitized, for which the operations of sampling, quantization and encoding 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 comparison results, a decision is made about the fact signal detection, while 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 double value of the sample average component of the spectral representation F j , the levels of each of the spectral components are compared from the sequence of spectral representation F j with the calculated threshold noise level U, and form the first F 1j and second F 2j sequences, respectively, from the spectral components F j that exceeded the threshold noise level U and did not exceed it, then separately sum 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 R pores . The decision about the fact of signal detection is made provided that R>R pores , while the threshold value R pores is selected in the interval R pores =0.13 - 0.15.
Недостатком этого способа также является ограниченность области его применения, поскольку его реализация не обеспечивает точного определения времени прихода обнаруживаемого сигнала в условиях, когда в обрабатываемом фрагменте содержится лишь часть полезного сигнала.The disadvantage of this method is also the limited scope of its application, since its implementation does not provide an accurate determination of the time of arrival of the detected signal in conditions when the processed fragment contains only part of the useful signal.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному, способу является «Способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов» (Патент РФ № 2419968, H04B 1/10, опубл.: 27.05.2011, Бюл. № 15).The closest in technical essence to the claimed method is “Method for automatic detection of narrow-band signals” (RF Patent No. 2419968, H04B 1/10, publ.: 05/27/2011, Bulletin No. 15).
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 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. Значение Q выбирают в интервале Q=3,5 - 4,5. 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-х компонент условия Fj>U фиксируют факт обнаружения узкополосного сигнала. In this method, an analog signal z(t) is received, digitized, for which the operations of sampling, quantization and encoding are sequentially performed, then the parameters of the digitized signal z i are calculated, the obtained parameters are compared with a pre-calculated threshold value of the noise level U and, based on the comparison results, 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: z 1 and z 2 , corresponding to the first and second halves of the digitized signal z. The cross-correlation function K is calculated between sequences z 1 and z 2 and its spectral representation F j is formed, where j=1,2,... are the numbers of spectral components of the cross-correlation function, by performing the Fourier transform on it. The threshold value of the noise level U is calculated by multiplying the average value of the components of the spectral representation F j by the coefficient Q. The value of Q is selected in the interval Q = 3.5 - 4.5. The level of each of the spectral components F j is compared with a pre-calculated threshold value of the noise level U, and when at least one of the j components is satisfied, the conditions F j >U are recorded as having detected a narrow-band signal.
Недостатком этого способа является ограниченность области его применения, поскольку его реализация не обеспечивает точного определения времени прихода обнаруживаемого сигнала в условиях, когда в обрабатываемом фрагменте содержится лишь часть полезного сигнала.The disadvantage of this method is the limited scope of its application, since its implementation does not provide an accurate determination of the time of arrival of the detected signal in conditions when the processed fragment contains only part of the useful signal.
Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего установление времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала даже в тех условиях, когда входную реализацию для обработки представляют в виде временных фрагментов, содержащих лишь часть полезного сигнала.The objective of the invention is to create a method that ensures the establishment of the time of arrival of a detected useful signal even in those conditions when the input implementation for processing is presented in the form of time fragments containing only part of the useful signal.
Техническим результатом является выбор границ обрабатываемого временного фрагмента входной реализации таким образом, чтобы контур его функции взаимной корреляции с предварительно сформированным эталонным сигналом полностью отображался на экране осциллографа.The technical result is the selection of the boundaries of the processed time fragment of the input implementation in such a way that the contour of its cross-correlation function with a pre-generated reference signal is completely displayed on the oscilloscope screen.
Технический результат достигается тем, что в способе автоматического обнаружения узкополосных сигналов, заключающемся 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 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, затем эталонный сигнал и компоненты оцифрованной входной реализации содержащей только шум подают в коррелятор, где вычисляют оценку дисперсии их взаимной корреляционной функции, которую подают на усилитель-умножитель и умножают на коэффициент, значение которого выбирают в интервале от трех до четырех, полученный результат определяют в качестве порогового значения уровня шума оцифрованного сигнала, затем оцифрованный аналоговый сигнал разбивают на фрагменты, и независимо друг от друга каждый фрагмент подают в коррелятор, на второй вход которого подают эталонный сигнал, где вычисляют оценки дисперсии их взаимных корреляционных функций, затем вычисленные оценки дисперсий взаимных корреляционных функций подают на компаратор и выбирают тот фрагмент входной реализации оцифрованного аналогового сигнала, который имеет наибольшее значение вычисленной оценки, затем наибольшее значение вычисленной оценки сравнивают с пороговым значением уровня шума оцифрованного сигнала, принимают решение об обнаружении полезного сигнала, если наибольшее вычисленное значение оценки превысит пороговое значение уровня шума оцифрованного сигнала, затем фрагмент входной реализации оцифрованного аналогового сигнала, который имеет наибольшее значение вычисленной оценки, и отчеты предварительно сформированного эталонного сигнала, подают на цифровой коррелятор, который подключают к осциллографу, и проводят дополнительный анализ функции взаимной корреляции выбранного фрагмента, если на экране осциллографа контур функции взаимной корреляции полностью отображен, то определяют максимальную величину функции взаимной корреляции и соответствующее ей значение времени определяют в качестве момента времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала, а если контур функции взаимной корреляции не полностью отображен, то к компонентам выбранного фрагмента, соответственно добавляют компоненты предшествующих ему фрагментов и последующих за ним фрагментов, и тем самым формируют новый временной фрагмент входной реализации, указанные процедуры выполняют до тех пор, пока на экране осциллографа не будет полностью отражаться контур функции взаимной корреляции, и затем по максимальному значению отображаемой на осциллографе функции взаимной корреляции определяют соответствующее ему значение времени, которое определяют как момент времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала в обрабатываемой входной реализации.The technical result is achieved in that in the method of automatic detection of narrow-band signals, which consists in receiving an analog signal, digitizing it, for which sequentially performing sampling, quantization and encoding operations, calculating the cross-correlation function, calculating the threshold value of the noise level of the digitized signal, multiplying coefficient, a comparison is made with the calculated threshold value of the noise level, based on the comparison results, a decision is made about the fact of signal detection, while a reference signal is first formed, the parameters of which correspond to the parameters of the detected signal in the absence of noise, then the reference signal and the components of the digitized input implementation containing only noise is fed to a correlator, where an estimate of the dispersion of their cross-correlation function is calculated, which is fed to a multiplier amplifier and multiplied by a coefficient, the value of which is chosen in the range from three to four, the resulting result is determined as the threshold value of the noise level of the digitized signal, then the digitized analog the signal is divided into fragments, and independently of each other, each fragment is fed to a correlator, the second input of which is supplied with a reference signal, where estimates of the dispersion of their mutual correlation functions are calculated, then the calculated estimates of the dispersions of the mutual correlation functions are fed to the comparator and that fragment of the input implementation of the digitized analog signal, which has the highest value of the calculated estimate, then the highest value of the calculated estimate is compared with the threshold value of the noise level of the digitized signal, a decision is made to detect a useful signal if the highest calculated value of the estimate exceeds the threshold value of the noise level of the digitized signal, then a fragment of the input implementation of the digitized analog signal, which has the greatest value of the calculated estimate, and reports of a pre-generated reference signal, are fed to a digital correlator, which is connected to an oscilloscope, and an additional analysis of the cross-correlation function of the selected fragment is carried out; if the contour of the cross-correlation function is completely displayed on the oscilloscope screen, then the maximum is determined the value of the cross-correlation function and the corresponding time value are determined as the moment of arrival of the detected useful signal, and if the contour of the cross-correlation function is not completely displayed, then the components of the fragments preceding it and the fragments following it are respectively added to the components of the selected fragment, and thereby form a new time fragment of the input implementation, these procedures are performed until the contour of the cross-correlation function is completely reflected on the oscilloscope screen, and then, based on the maximum value of the cross-correlation function displayed on the oscilloscope, the corresponding time value is determined, which is defined as the moment of arrival detected useful signal in the processed input implementation.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны результаты моделирования, аналогичные процедурам заявляемого технического решения:The claimed method is illustrated by drawings that show simulation results similar to the procedures of the claimed technical solution:
фиг. 1 – временное отображение функции взаимной корреляции Kzu(τ) входной реализации оцифрованного аналогового сигнала z(t), содержащего полезный сигнал s(t), и эталонного сигнала u(t), а также показан истинный момент времени T0 прихода обнаруживаемого полезного сигнала s(t) в обрабатываемой входной реализации z(t);fig. 1 – time display of the cross-correlation function Kzu(τ) of the input implementation of the digitized analog signal z(t), containing the useful signal s(t), and the reference signal u(t), and also shows the true time T0 of arrival of the detected useful signal s( t) in the processed input implementation z(t);
фиг. 2. – временное отображение функции взаимной корреляции K1zu(τ) фрагмента входной реализации z1(t), содержащей только первую часть полезного сигнала s1(t) при ОСШ равном 18 дБ, и эталонного сигнала u(t);fig. 2. – temporary display of the cross-correlation function K1zu(τ) of a fragment of the input implementation z1(t), containing only the first part of the useful signal s1(t) with an SNR of 18 dB, and the reference signal u(t);
фиг. 3. – временное отображение функции взаимной корреляции K2zu(τ) фрагмента входной реализации z1(t), содержащей только вторую часть полезного сигнала s2(t) при ОСШ равном 18 дБ, и эталонного сигнала u(t);fig. 3. – temporary display of the cross-correlation function K2zu(τ) of a fragment of the input implementation z1(t), containing only the second part of the useful signal s2(t) with an SNR of 18 dB, and the reference signal u(t);
фиг. 4. – временное отображение функции взаимной корреляции K12zu(τ) от нового фрагмента входной реализации, переформированного таким образом, что он содержит и первую s1(t), и вторую s2(t) части полезного сигнала s(t) и при ОСШ равном 18 дБ, и эталонного сигнала u(t).fig. 4. – temporary display of the cross-correlation function K12zu(τ) from a new fragment of the input implementation, reformatted in such a way that it contains both the first s1(t) and second s2(t) parts of the useful signal s(t) and with an SNR equal to 18 dB, and the reference signal u(t).
Если полезный сигнал полностью содержится в обрабатываемой входной реализации оцифрованного аналогового сигнала, то проблем с обнаружением полезного сигнала и установлением времени его прихода не возникает. Так как момент времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала в обрабатываемой входной реализации соответствует моменту времени, при котором функция взаимной корреляции имеет однозначно выраженное максимальное значение.If the useful signal is completely contained in the processed input implementation of the digitized analog signal, then problems with detecting the useful signal and establishing the time of its arrival do not arise. Since the moment in time of arrival of the detected useful signal in the processed input implementation corresponds to the moment in time at which the cross-correlation function has a clearly expressed maximum value.
В качестве примера, на фиг. 1 показаны результаты моделирования, поясняющие принцип обнаружения полезного сигнала на основе корреляционной обработки входной реализации. Здесь изображено: истинное положение полезного сигнала s(t) в пределах обрабатываемой входной реализации z(t), сформированный эталонный сигнал u(t) и функция взаимной корреляции Kzu(τ), максимальное значение которой точно совпадает с моментом времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала в обрабатываемой входной реализации Т0.As an example, in FIG. Figure 1 shows simulation results explaining the principle of detecting a useful signal based on correlation processing of the input implementation. It shows: the true position of the useful signal s(t) within the processed input implementation z(t), the generated reference signal u(t) and the cross-correlation function Kzu(τ), the maximum value of which exactly coincides with the time of arrival of the detected useful signal at processed input implementation T0.
Учитывая, что фрагменты входной реализации оцифрованного аналогового сигнала формируют по мере его приема, то может возникнуть ситуация, когда временные компоненты полезного сигнала s(t) будут содержаться в двух соседних сформированных фрагментах. Например, s1(t) – компоненты полезного сигнала s(t), которые содержатся в первом фрагменте z1(t); а s2(t) компоненты полезного сигнала s(t), которые содержатся во втором фрагменте z2(t). Considering that fragments of the input implementation of a digitized analog signal are formed as it is received, a situation may arise when the time components of the useful signal s(t) will be contained in two adjacent generated fragments. For example, s1(t) – components of the useful signal s(t), which are contained in the first fragment z1(t); and s2(t) are the components of the useful signal s(t), which are contained in the second fragment z2(t).
Тогда, если параметры эталонного сигнала u(t) полностью совпадают с параметрами полезного сигнала (т.е. s(t) = u(t)), то в результате совместной обработки фрагментов z1(t) и z2(t) с сформированным эталонным сигналом u(t), то контуры их формируемых функций взаимной корреляции K1zu(τ) и K2zu(τ) будут не полностью отображены на экране осциллографа.Then, if the parameters of the reference signal u(t) completely coincide with the parameters of the useful signal (i.e. s(t) = u(t)), then as a result of joint processing of fragments z1(t) and z2(t) with the generated reference signal u(t), then the contours of their generated cross-correlation functions K1zu(τ) and K2zu(τ) will not be completely displayed on the oscilloscope screen.
В качестве примера на фиг. 2 и фиг. 3 показаны формируемые функции взаимной корреляции K1zu(τ) и K2zu(τ), которые будут отображаться на экране осциллографа, при обработке фрагментов входной реализации оцифрованного аналогового сигнала, содержащего только часть компонентом полезного сигнала s(t), представленных как s1(t) и s2(t). As an example, in FIG. 2 and fig. Figure 3 shows the generated cross-correlation functions K1zu(τ) and K2zu(τ), which will be displayed on the oscilloscope screen when processing fragments of the input implementation of a digitized analog signal containing only part of the useful signal components s(t), presented as s1(t) and s2(t).
Для получения полного контуру функции взаимной корреляции с одним ярко выраженным максимумом, необходимо переформировать фрагмент обрабатываемой входной реализации. Для рассмотренного примера необходимо добавить к компонентам фрагмента входной реализации z1(t) компоненты фрагмента входной реализации z2(t).To obtain the full contour of the cross-correlation function with one pronounced maximum, it is necessary to reformat a fragment of the processed input implementation. For the example considered, it is necessary to add to the components of the input realization fragment z1(t) the components of the input realization fragment z2(t).
В качестве примера, на фиг. 4 показан переформированный фрагмент, состоящий из компонент фрагмента входной реализации z1(t), представленного на фиг. 2, начиная с момента времени Т1, и заканчивая моментом времени Т2 фрагмента входной реализации z2(t), представленного на фиг. 3. Так как новый фрагмент z4(t) полностью содержит полезный сигнал s(t), то контур рассчитанной новой функции взаимной корреляции K12zu(τ) соответствует контуру Kzu(τ), и, следовательно, имеет ярко выраженный максимум, который позволяет не только обнаружить факт наличия полезного сигнала s(t), но и определить момент времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала Т0 в обрабатываемой входной реализации.As an example, in FIG. Figure 4 shows a reformatted fragment consisting of components of the input implementation fragment z1(t) presented in FIG. 2, starting from the moment of time T1, and ending with the moment of time T2 of the fragment of the input implementation z2(t), presented in Fig. 3. Since the new fragment z4(t) completely contains the useful signal s(t), the contour of the calculated new cross-correlation function K12zu(τ) corresponds to the contour Kzu(τ), and, therefore, has a pronounced maximum, which allows not only detect the presence of a useful signal s(t), but also determine the time of arrival of the detected useful signal T0 in the processed input implementation.
Последовательность рассмотренных процедур раскрывает сущность заявляемого технического решения.The sequence of the considered procedures reveals the essence of the proposed technical solution.
Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.The implementation of the claimed method is explained as follows.
1. Формируют эталонный сигнал u(t), параметры которого соответствуют обнаруживаемому сигналу s(t) в условиях отсутствия шумов. То есть u(t) = s(t).1. A reference signal u(t) is generated, the parameters of which correspond to the detected signal s(t) in the absence of noise. That is, u(t) = s(t).
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). Method for recognizing radio signals. Published: 07/10/2011. Bull. No. 19].
2. Принимают входную реализацию в виде аналогового сигнала z(t), содержащую только шум х(t), т.е. z(t) = х(t). Прием может осуществляться, например, с тракта промежуточной или низкой частоты радиоприемного устройства.2. Take the input 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 a 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). Method for recognizing radio signals. Published: 05/20/2009. Bull. No. 14].
3. Оцифровывают принятую реализацию в виде аналогового сигнала z(t), для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования.3. The accepted implementation is digitized in the form of an analog signal z(t), for which the operations of sampling, quantization and encoding are sequentially performed.
Процедуры дискретизации, квантования и кодирования аналогового сигнала известны, и, например, рассмотрены в [Патент RU № 2261476. МПК G 06 K 9/00. Способ распознавания радиосигналов. Опубликовано: 27.09.2005 Бюл. № 27].The procedures for sampling, quantization and encoding of an analog signal are known, and, for example, are discussed in [Patent RU No. 2261476. IPC G 06 K 9/00. Method for recognizing radio signals. Published: 09/27/2005 Bulletin. No. 27].
4. Затем эталонный сигнал и компоненты оцифрованной входной реализации содержащей только шум подают в коррелятор, где вычисляют оценку дисперсии их взаимной корреляционной функции.4. Then the reference signal and components of the digitized input implementation containing only noise are fed to the correlator, where an estimate of the dispersion of their cross-correlation function is calculated.
Процедуры расчета функции взаимной корреляции сигналов известны [Патент RU № 2419968, МПК H04B 1/10 (2006.01). Способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов. Опубликовано: 27.05.2011. Бюл. № 15]. Процедуры вычисления оценки дисперсии взаимной корреляционной функции известны [ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СССР № 224174, МПК G06G 7/19 (2006.01). Устройство для вычисления оценки дисперсии взаимной корреляционной функции. Опубликовано: 06.08.1968. Бюл. № 24].Procedures for calculating the cross-correlation function of signals 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]. Procedures for calculating the estimate of the dispersion of the cross-correlation function are known [DESCRIPTION OF THE INVENTION TO THE USSR AUTHOR'S CERTIFICATE No. 224174, IPC G06G 7/19 (2006.01). A device for calculating an estimate of the variance of a cross-correlation function. Published: 08/06/1968. Bull. No. 24].
5. Вычисленное значение подают на усилитель-умножитель и умножают на коэффициент, значение которого выбирают в интервале от трех до четырех, полученный результат определяют в качестве порогового значения уровня шума оцифрованного сигнала.5. The calculated value is fed to a multiplier amplifier and multiplied by a coefficient, the value of which is selected in the range from three to four, the resulting result is determined as the threshold value of the noise level of the digitized signal.
Процедуры расчета порогового значения уровня шума оцифрованного сигнала известны [Патент RU № 2484581, МПК H04B 1/10 (2006.01). Способ обнаружения сигналов без несущей. Опубликовано: 10.06.2013. Бюл. № 16].Procedures for calculating the threshold value of the noise level of a digitized signal are known [Patent RU No. 2484581, IPC H04B 1/10 (2006.01). A method for detecting signals without a carrier. Published: 06/10/2013. Bull. No. 16].
Конкретное значение выбора указанного коэффициента осуществляют по результатам предварительного испытания, в ходе которого производят обработку не менее 200 реализаций z(t) = х(t) для текущего значения уровня шума, и вычисляют не менее 200 значений среднеквадратического отклонения компонент функции взаимной корреляции Kхu(j), что соответствует требованиям вычисления статистических оценок [см. [Математический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия, 1988. 847 с.; Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. Пер. с англ. - М.: Наука, 1977, с.638-643].The specific value of the choice of the specified coefficient is carried out based on the results of a preliminary test, during which at least 200 implementations z(t) = x(t) are processed for the current value of the noise level, and at least 200 values of the standard deviation of the components of the cross-correlation function Kхu(j) are calculated ), which meets the requirements for calculating statistical estimates [see. [Mathematical encyclopedic dictionary. M.: Sov. Encyclopedia, 1988. 847 pp.; G. Korn, T. Korn. Handbook of Mathematics. Per. from English - M.: Nauka, 1977, p.638-643].
6. Затем принимают входную реализацию в виде аналогового сигнала z(t), содержащую полезный сигнал s(t) и шум х(t), т.е. z(t) = s(t) +х(t) (аналогично п. 2). Оцифровывают ее (аналогично п. 3) и оцифрованный аналоговый сигнал разбивают на фрагменты. 6. Then they take the input implementation in the form of an analog signal z(t), containing the useful signal s(t) and noise x(t), i.e. z(t) = s(t) + x(t) (similar to step 2). It is digitized (similar to step 3) and the digitized analog signal is divided into fragments.
Длительность фрагментов выбирают одинаковой величины исходя из двух условий. Во-первых, длительность фрагмента должна превышать длительность полезного сигнала s(t). Во-вторых, длительность фрагмента должна удовлетворять условиям его обработки вычислительными устройствами обнаружителя.The duration of the fragments is chosen to be the same value based on two conditions. Firstly, the duration of the fragment must exceed the duration of the useful signal s(t). Secondly, the duration of the fragment must satisfy the conditions for its processing by the detector’s computing devices.
7. Независимо друг от друга каждый фрагмент подают в коррелятор, на второй вход которого подают эталонный сигнал (аналогично п. 4).7. Independently of each other, each fragment is fed into a correlator, the second input of which is supplied with a reference signal (similar to step 4).
8. вычисляют оценки дисперсии их взаимных корреляционных функций (аналогично п. 4).8. calculate estimates of the dispersion of their mutual correlation functions (similar to step 4).
9. Вычисленные оценки дисперсий взаимных корреляционных функций подают на компаратор и выбирают тот фрагмент входной реализации оцифрованного аналогового сигнала, который имеет наибольшее значение вычисленной оценки.9. The calculated estimates of the dispersions of the mutual correlation functions are fed to the comparator and the fragment of the input implementation of the digitized analog signal that has the largest value of the calculated estimate is selected.
Процедуры соответствующего выбора и сравнения известны [Патент RU № 2450458, МПК H04K 3/00 (2006.01), H04L 27/22 (2006.01). Способ радиоподавления каналов связи. Опубликовано: 10.05.2012. Бюл. № 13].Procedures for appropriate selection and comparison are known [Patent RU No. 2450458, IPC H04K 3/00 (2006.01), H04L 27/22 (2006.01). Method of radio suppression of communication channels. Published: 05/10/2012. Bull. No. 13].
10. Затем наибольшее значение вычисленной оценки сравнивают с пороговым значением уровня шума оцифрованного сигнала, принимают решение об обнаружении полезного сигнала, если наибольшее вычисленное значение оценки превысит пороговое значение уровня шума оцифрованного сигнала.10. Then the highest value of the calculated estimate is compared with the threshold value of the noise level of the digitized signal, a decision is made to detect a useful signal if the highest calculated value of the estimate exceeds the threshold value of the noise level of the digitized signal.
11. Затем фрагмент входной реализации оцифрованного аналогового сигнала, который имеет наибольшее значение вычисленной оценки, и отчеты предварительно сформированного эталонного сигнала, подают на цифровой коррелятор, который подключают к осциллографу, и проводят дополнительный анализ функции взаимной корреляции выбранного фрагмента, если контур функции взаимной корреляции полностью отображен, то определяют максимальную величину функции взаимной корреляции и соответствующее ей значение времени определяют в качестве момента времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала.11. Then the fragment of the input implementation of the digitized analog signal, which has the largest value of the calculated estimate, and the reports of the pre-generated reference signal, are fed to a digital correlator, which is connected to the oscilloscope, and an additional analysis of the cross-correlation function of the selected fragment is carried out if the contour of the cross-correlation function is completely displayed, then the maximum value of the cross-correlation function is determined and the corresponding time value is determined as the instant of arrival of the detected useful signal.
Реализация данного пункта раскрыта к пояснению результатов, представленных на фиг. 1.The implementation of this item is disclosed to explain the results presented in Fig. 1.
Процедуры вычисления корреляционной функции известны [Патент RU № 2735488, МПК G06F 17/15 (2006.01). Цифровой коррелятор. Опубликовано: : 03.11.2020 Бюл. № 31].Procedures for calculating the correlation function are known [Patent RU No. 2735488, IPC G06F 17/15 (2006.01). Digital correlator. Published: 11/03/2020 Bulletin. No. 31].
12. А если контур функции взаимной корреляции не полностью отображен, то к компонентам выбранного фрагмента, соответственно добавляют компоненты предшествующих ему фрагментов и последующих за ним фрагментов, и тем самым формируют новый временной фрагмент входной реализации, указанные процедуры выполняют до тех пор, пока на экране осциллографа не будет полностью отражаться контур функции взаимной корреляции.12. And if the contour of the cross-correlation function is not completely displayed, then to the components of the selected fragment, the components of the fragments preceding it and the fragments following it are respectively added, and thereby form a new temporary fragment of the input implementation, these procedures are performed until the screen The oscilloscope will not completely display the cross-correlation function contour.
Реализация данного пункта раскрыта к пояснению результатов, представленных на фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4.The implementation of this item is disclosed to explain the results presented in Fig. 2, fig. 3, fig. 4.
Для рассматриваемого примера ОСШ = 18 дБ. В ходе моделирования установлено, что пороговое значение уровня шума оцифрованного сигнала составляет 0,04. А наибольшее значение квадратного корня от вычисленной оценки дисперсии будет у фрагмента на фиг. 2 (равно 0,22). Для рассматриваемого случая, при формировании нового временного фрагмента z4(t), использовались компоненты последующего фрагмента оцифрованного аналогового сигнала z2(t), изображенного на фиг. 3.For the example under consideration, SNR = 18 dB. During the simulation, it was found that the threshold value of the noise level of the digitized signal is 0.04. And the largest value of the square root of the calculated variance estimate will be in the fragment in Fig. 2 (equal to 0.22). For the case under consideration, when forming a new time fragment z4(t), the components of the subsequent fragment of the digitized analog signal z2(t), shown in Fig. 3.
Наличие полного контура функции взаимной корреляции приводит к увеличению значения оценки дисперсии. Данный факт использован при реализации процедур автоматического обнаружения. The presence of a full contour of the cross-correlation function leads to an increase in the value of the variance estimate. This fact was used in the implementation of automatic detection procedures.
13. затем по максимальному значению отображаемой на осциллографе функции взаимной корреляции определяют соответствующее ему значение времени, которое определяют как момент времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала в обрабатываемой входной реализации.13. Then, based on the maximum value of the cross-correlation function displayed on the oscilloscope, the corresponding time value is determined, which is defined as the moment in time of arrival of the detected useful signal in the processed input implementation.
В качестве примера, на фиг. 4 представлены: временная реализация сформированной новой функции взаимной корреляции K12zu(τ), полностью содержащей полезный сигнал s(t) и истинное положение полезного сигнала Т0.As an example, in FIG. 4 shows: the temporary implementation of the generated new cross-correlation function K12zu(τ), which fully contains the useful signal s(t) and the true position of the useful signal T0.
Для рассматриваемого примера, выбор временных границ нового фрагмента z4(t) определяется: Т1 – начало (из компонент фрагмента на фиг. 2) и Т2 – окончание (из компонент фрагмента на фиг. 3).For the example under consideration, the choice of time boundaries of the new fragment z4(t) is determined: T1 – beginning (from the fragment components in Fig. 2) and T2 – end (from the fragment components in Fig. 3).
Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе обеспечивается обнаружение полезного сигнала, и установление момента времени прихода обнаруживаемого полезного сигнала в обрабатываемой входной реализации даже в тех условиях, когда входную реализацию для обработки представляют в виде временных фрагментов, в которых полезный сигнал содержится не полностью.Thus, thanks to the new set of essential features in the claimed method, detection of a useful signal is ensured, and establishment of the moment of arrival of the detected useful signal in the processed input implementation, even in those conditions when the input implementation for processing is presented in the form of time fragments in which the useful signal does not contain fully.
Заявляемый технический результат достигается за счет выбора границ обрабатываемого временного фрагмента входной реализации таким образом, чтобы в ее пределах полностью отображался контур функции взаимной корреляции эталонного сигнала с обнаруживаемым полезным сигналом.The claimed technical result is achieved by selecting the boundaries of the processed time fragment of the input implementation in such a way that within its boundaries the contour of the cross-correlation function of the reference signal with the detected useful signal is completely displayed.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807326C1 true RU2807326C1 (en) | 2023-11-14 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2260653A1 (en) * | 1999-02-02 | 2000-01-19 | Mark N. Willetts | A method and a device for maintaining the performance quality of a code-division multiple access system in the presence of narrow band interference |
| EP1111802A1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-06-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Impulse noise reducer detecting impulse noise from an audio signal |
| 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 |
| CN102113224A (en) * | 2008-07-31 | 2011-06-29 | 高通股份有限公司 | Method and apparatus for receiver with dual mode automatic gain control (agc) |
| RU2767183C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-03-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» | Method for automatic detection of narrowband signals |
| RU2774983C1 (en) * | 2021-11-16 | 2022-06-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Automatic signal detection method |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2260653A1 (en) * | 1999-02-02 | 2000-01-19 | Mark N. Willetts | A method and a device for maintaining the performance quality of a code-division multiple access system in the presence of narrow band interference |
| EP1111802A1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-06-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Impulse noise reducer detecting impulse noise from an audio signal |
| CN102113224A (en) * | 2008-07-31 | 2011-06-29 | 高通股份有限公司 | Method and apparatus for receiver with dual mode automatic gain control (agc) |
| 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 |
| RU2767183C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-03-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения» | Method for automatic detection of narrowband signals |
| RU2774983C1 (en) * | 2021-11-16 | 2022-06-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Automatic signal detection method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1314996B1 (en) | Channelized receiver system | |
| CN109085630B (en) | Signal capturing method and device | |
| EP3293547B1 (en) | Cepstrum-based multipath mitigation of a spread spectrum radiocommunication signal | |
| KR100430157B1 (en) | Method and apparatus for short burst acquisition for direct sequential frequency spreading link | |
| RU2599621C1 (en) | Adaptive passive jamming rejector | |
| CN102243309B (en) | GNSS cross-correlation interferences suppressing method and device | |
| US4516220A (en) | Pulse deinterleaving signal processor and method | |
| US7444128B1 (en) | Method of estimating a high frequency carrier signal | |
| US7629920B1 (en) | Entropy method for range alignment for integration of target returns | |
| RU2807326C1 (en) | Method for automatic detection of narrow-band signals | |
| US7738598B1 (en) | Detection and time-of-arrival estimation using an IFM receiver | |
| CN107589419A (en) | A kind of method of energy peak joint wideband Range Profile Objective extraction | |
| CN108718223B (en) | Blind spectrum sensing method for non-cooperative signals | |
| RU2806655C2 (en) | Method for detecting narrow band signals | |
| RU2767183C1 (en) | Method for automatic detection of narrowband signals | |
| RU2774983C1 (en) | Automatic signal detection method | |
| KR20160043437A (en) | Method and apparatus for detecting an impulsive radar interference | |
| RU2801110C2 (en) | Method for automatic detection of narrowband signals | |
| RU2805972C1 (en) | Method for measuring pulse duration | |
| KR102080306B1 (en) | Signal processing apparatus and system and method for direction finding of broadband signal | |
| RU2824754C1 (en) | Method of frequency-time processing of signals from several moving objects | |
| RU2525302C1 (en) | Method for automatic detection of narrow-band signals (versions) | |
| RU2631941C2 (en) | Method of simulated echo detection in radio channels | |
| US8001167B2 (en) | Automatic BNE seed calculator | |
| RU2555194C1 (en) | Processing of hydroacoustic signal from noise-emitting object |