RU2807328C1 - Способ обнаружения сигнала синхронизации широкополосной системы гидроакустической связи - Google Patents
Способ обнаружения сигнала синхронизации широкополосной системы гидроакустической связи Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807328C1 RU2807328C1 RU2023103255A RU2023103255A RU2807328C1 RU 2807328 C1 RU2807328 C1 RU 2807328C1 RU 2023103255 A RU2023103255 A RU 2023103255A RU 2023103255 A RU2023103255 A RU 2023103255A RU 2807328 C1 RU2807328 C1 RU 2807328C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- correlation
- detection
- threshold
- signal
- exceedances
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000004454 trace mineral analysis Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 9
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидроакустических комплексах связи при реализации процедуры обнаружения сигнала синхронизации, формируемого на основе псевдослучайных последовательностей максимальной длины - М-последовательностей. Техническим результатом изобретения является обеспечение фиксированной вероятности правильного обнаружения при меньшем отношении сигнал/помеха на входе системы обработки. В способе обнаружения сигнала синхронизации гидроакустический связи решение об обнаружении принимается на основе трассового анализа корреляционных функций. Для принятия решения об обнаружении взаимная корреляция вычисляется для нескольких пар фрагментов сигнала, начала которых сдвигаются относительно предыдущей пары на dT отчетов. Значения сдвига dT определяются интервалом корреляции τкорр шумовых составляющих, где τкорр<dT<T, где Т - номинальная длина одного синхронизирующего символа. Полученный набор корреляционных функций сдвинутых фрагментов сигнала используется для построения трассы обнаружения. Для этого отсчеты корреляционных функций сравниваются с порогом, номер отсчета корреляционной функции выступает аналогом доплеровского канала. Количество превышений порога в каждом доплеровском канале получается суммированием превышений для всех корреляций. Результатом является вектор значений, каждое из которых соответствует количеству превышений порога в доплеровском канале. Элементы вектора количества превышений сравниваются с порогом обнаружения, который выражается в количестве превышений порога уровня корреляции в одном доплеровском канале. При превышении порога количества превышений уровня принимается решение об обнаружении. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области гидроакустики в части методов обнаружения сигнала синхронизации, формируемого на основе псевдослучайных последовательностей максимальной длины (М-последовательностей).
Способ разработан для повышения помехоустойчивости системы обнаружения гидроакустического сигнала за счет использования корреляционных свойств сигнала синхронизации.
Известны технические решения, обеспечивающие обнаружение гидроакустического сигнала на фоне аддитивной помехи [Смагулов А.Б., Бутырский Е.Ю., Шаталов Г.В., Якунин К.В. Патент РФ №2549207 от 03.06.2013. Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов на основе квадратурного приемника. МПК G01S 15/04]. Обнаружение гидроакустического сигнала производится за счет применения квадратурного детектирования в банке узкополосных частотных каналов.
Другим вариантом решения задачи обнаружения синхросигнала является метод на основе вычисления взаимной корреляции принятого сигнала с циклическими сдвигами опорного сигнала [Бобровский И.В., Литвиненко С.Л. Патент РФ №2688201 от 25.12.2017. Способ обнаружения сигнала в многолучевом канале с постоянным уровнем ложных тревог. СПК Н04В 11/00, Н04В 7/015]. Данный способ обеспечивает постоянный уровень ложных тревог в многолучевом канале за счет накопления результатов вычисления корреляционной функции реализаций принятого сигнала с временным сдвигом и циклически сдвинутым опорным сигналом.
В работе [Голубев А.Н. Патент РФ №2571872 от 01.10.2014. Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами. МПК H04L 27/18] представлен пример системы связи со сложными шумоподобными сигналами, формирование которых осуществляется на основе двоичных псевдослучайных последовательностей (ПСП) Хаффмана, имеющих максимальную длину (далее - М-последовательности) [Хаффман Д.А. Синтез линейных многотактных кодирующих схем /Д.А. Хаффман/ Теория передачи сообщений. - М.: ИЛ, 1957. - С. 52-81]. При реализации данной системы в излучающем устройстве для генерации М-последовательностей используется «-разрядный регистр сдвига с линейной обратной связью [Алексеев А.И, Шереметьев А.Г., Тузов Г.И., Глазов Б.И. Теория и применения псевдослучайных сигналов. М.: Наука, 1969. 368 с.], в разряды регистра записывается передаваемое сообщение n-разрядным двоичным числом, от которого зависит циклический сдвиг М-последовательности относительно исходного состояния. Излучаемая М-последовательность известна в приемном устройстве, что позволяет сформировать опорный сигнал. При превышении порога взаимной корреляции принятого сигнала с опорным принимается решение о наличии сигнала на входе.
Наиболее близким по функциональным и техническим характеристикам выступает способ обнаружения сигнала синхронизации в работе [Кранц В.З., Сечин В.В. Обнаружение синхросигнала в системе гидроакустической связи // Сб. труд. 2 Научно-практической конференции «Гидроакустическая связь и гидроакустические средства аварийно-спасательного назначения». Волгоград, 16-19.07. - 2003. С. 64]. Описанный способ обнаружения синхросигнала гидроакустической связи на основе М-последовательностей был выбран в качестве прототипа. Структура сигнала синхронизации представлена на фиг. 1.
Способ использует двухэтапное обнаружение синхросигнала. Первый этап включает в себя процедуру взаимной корреляции двух последовательных фрагментов принятого сигнала. В случае обнаружения сигнала по результатам первого этапа, используется второй этап обработки, который включает в себя процедуру взаимной корреляции принятого фрагмента сигнала с опорным сигналом.
На первом этапе обработки сигнала грубо оценивается доплеровское смещение частоты сигнала, что позволяет отказаться на втором этапе от большого числа корреляторов, настроенных на свои доплеровские смещения частоты. Вместо этого используется банк корреляторов меньшего размера со значениями доплеровского смещения частоты вблизи полученной грубой оценки.
Способ, рассмотренный в прототипе, может быть доработан в части улучшения помехоустойчивости обнаружения сигнала на первом этапе обработки. Для накопления результатов обработки сигнала и улучшения помехоустойчивости системы в прототипе предлагается использовать результаты обработки фрагментов сигнала, взятых со сдвигом Т. Таким образом, объем выборки для принятия решения об обнаружении равен количеству синхронизирующих символов минус единица.
Предложенный способ позволяет кратно увеличить объем выборки для построения трассы обнаружения за счет уменьшения сдвига между фрагментами принятого сигнала, используемыми для вычисления корреляции, что позволяет обеспечить фиксированную вероятность правильного обнаружения при меньшем отношении сигнал/помеха на входе системы обработки.
В предложенном способе трассовый анализ представляет собой оценку корреляционной функции нескольких пар последовательных фрагментов сигнала длительности Т, начала которых взяты со сдвигом. Пример выбора фрагментов сигнала длиной T для первых трех корреляций со сдвигом dT приведен на фиг. 2.
Значения сдвига dT определяются интервалом корреляции τкорр шумовых составляющих, где τкорр<dT<T, например dT=T/10.
Таким образом, может быть получен набор из М корреляционных функций для последовательных пар фрагментов принятого сигнала. Полученный набор корреляционных функций может быть представлен в виде матрицы, имеющей размерность М на Nмод, где М - количество корреляционных функций, взятых на рассмотрение, Nмод зависит от предельных значений доплеровского смещения и определяется диапазоном возможных скоростей абонентов. Таким образом, значение Nмoд эквивалентно числу доплеровских каналов. Каждый столбец матрицы соответствует своему доплеровскому смещению частоты.
Дальнейший анализ матрицы состоит в получении флагов превышения порогов корреляции по следующему алгоритму:
1. Сравнить каждое значение матрицы корреляций с порогом;
2. Сформировать новую матрицу флагов, аналогичной размерности с матрицей корреляций;
3. Заполнить матрицу флагов по следующему правилу:
- для значений, превышающих порог, флаги установить в единицу;
- для значений ниже порога, флаги установить в ноль.
Полученная матрица флагов используется для проведения трассового анализа. Количество превышений порога в каждом доплеровском канале можно получить, проведя суммирование по столбцам матрицы флагов. Результатом является вектор значений, каждое из которых соответствует количеству превышений порога в доплеровском канале. Длина вектора количества превышений порога равна количеству доплеровских каналов.
Элементы вектора количества превышений сравниваются с порогом обнаружения, который выражается в количестве превышений порога уровня корреляции в одном доплеровском канале.
Таким образом, аналогично прототипу, в обнаружении сигнала используются два пороговых уровня:
- порог уровня корреляции (для построения трассы);
- порог количества превышений уровня корреляции (для принятия решения по трассе).
Решение об обнаружении принимается, если в любом из доплеровских каналов количество превышений порога уровня корреляции превышает количества превышений.
При выбранном значении dT=Т/10 максимальное количество превышений порога равно 30, а выбор порогового значения определяется входным отношением сигнал/помеха.
Предлагаемый способ обнаружения может быть использован в системах гидроакустической связи, чувствительных ко времени синхронизации, например системах управления подводными аппаратами.
Claims (1)
- Способ обнаружения сигнала синхронизации гидроакустической связи, состоящего из трех или более последовательно переданных идентичных символов, содержащий процедуры аналого-цифрового преобразования сигнала, буферизации отсчетов, вычисления взаимной корреляции двух примыкающих фрагментов принятого сигнала, при этом длина фрагмента равна Т - номинальной длине одного синхронизирующего символа, вычисления среднего значения шумовых отсчетов, нормирования полученных значений корреляционной функции на среднее значение шумовых отсчетов, поиска максимального значения нормированной корреляционной функции, последовательного повторения процесса вычисления для нескольких фрагментов принятого сигнала, формирования трассы обнаружений, представляющей собой массив двоичных значений, фиксирующих превышения порога уровня корреляции, принятия решения об обнаружении на основе анализа длины трассы обнаружения сигнала, отличающийся тем, что при переходе к каждому следующему фрагменту принятого сигнала его начало сдвигается относительно начала предыдущего фрагмента на интервал равный или больший, чем ширина автокорреляционного пика синхронизирующего символа, и значительно меньший, чем длина синхронизирующего символа Т.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807328C1 true RU2807328C1 (ru) | 2023-11-14 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1426786A1 (en) * | 2001-09-13 | 2004-06-09 | Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences | High resolution bathymetric sonar system and measuring method for measuring the physiognomy of the seabed |
EP2771710A2 (en) * | 2011-10-26 | 2014-09-03 | Flir Systems, Inc. | Wideband sonar receiver and sonar signal processing algorithms |
RU2552534C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Способ обработки гидроакустических шумоподобных фазоманипулированных сигналов |
RU2571872C1 (ru) * | 2014-10-01 | 2015-12-27 | Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") | Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами |
CN110535537A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-03 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下通信探测一体化方法 |
RU2735929C1 (ru) * | 2020-01-10 | 2020-11-10 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Гидролокационный способ классификации с использованием псевдошумового сигнала |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1426786A1 (en) * | 2001-09-13 | 2004-06-09 | Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences | High resolution bathymetric sonar system and measuring method for measuring the physiognomy of the seabed |
EP2771710A2 (en) * | 2011-10-26 | 2014-09-03 | Flir Systems, Inc. | Wideband sonar receiver and sonar signal processing algorithms |
RU2552534C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" | Способ обработки гидроакустических шумоподобных фазоманипулированных сигналов |
RU2571872C1 (ru) * | 2014-10-01 | 2015-12-27 | Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") | Способ передачи информации в цифровой системе связи с шумоподобными сигналами |
CN110535537A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-03 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下通信探测一体化方法 |
RU2735929C1 (ru) * | 2020-01-10 | 2020-11-10 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Гидролокационный способ классификации с использованием псевдошумового сигнала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH06505131A (ja) | 非対称拡散スペクトル相関器 | |
Tsihrintzis et al. | Evaluation of fractional, lower-order statistics-based detection algorithms on real radar sea-clutter data | |
IL110001A (en) | Radar system | |
EP1465354A1 (en) | Method and device for synchronization in a wireless ultra wide band data communications system | |
JP2008530633A (ja) | 相関最大点を決定するための装置および方法 | |
Wang et al. | A joint sonar-communication system based on multicarrier waveforms | |
RU2505934C1 (ru) | Способ поиска шумоподобных фазоманипулированных сигналов и радиоприемное устройство для его осуществления | |
Chi et al. | Utilizing orthogonal coprime signals for improving broadband acoustic Doppler current profilers | |
RU2807328C1 (ru) | Способ обнаружения сигнала синхронизации широкополосной системы гидроакустической связи | |
Galati et al. | Measuring the Anti-Intercept features of Noise Radar waveforms: the way ahead | |
Murano et al. | Comparison of Zadoff-Chu encoded modulation schemes in an ultrasonic local positioning system | |
RU2700005C1 (ru) | Способ оценки параметров канала в широкополосной гидроакустической связи и устройство для его реализации | |
US4463452A (en) | Tracking and telemetry system for severe multipath acoustic channels | |
Diamant | Clustering approach for detection and time of arrival estimation of hydrocoustic signals | |
US8374229B2 (en) | Method for the detection and generation of a useful signal and associated devices and communications system | |
Kram et al. | Delay estimation in dense multipath environments using time series segmentation | |
Cek | M-ary alpha-stable noise modulation in spread-spectrum communication | |
CN1314219C (zh) | 峰值检测精度 | |
Tan et al. | Preamble detection based on cyclic features of Zadoff–Chu sequences for underwater acoustic communications | |
KR100655660B1 (ko) | 무선랜 프리앰블 신호 검출 장치 및 그의 신호 검출 및타이밍 검출 방법 | |
JP2014222200A (ja) | 水中音響測位システム | |
CN109768812B (zh) | 一种基于混沌调频的水声通信多普勒估计与同步方法 | |
CN101819185A (zh) | 实现脉冲超声检测的方法、系统、装置、发射机和接收机 | |
Sestaсova et al. | Analysis of the correlation properties of direct and inverse composite Walsh functions | |
Mironov et al. | The method of defining the threshold value of the symbolic correlation function for detecting DSSS hydroacoustic signal |