Системы обнаружения и измерения параметров сигналов со скачкообразным изменением частоты

Псевдослучайная перестройка рабочей частоты (ППРЧ) представляет собой один изэффективных методов расширения спектра, при котором сигнал занимает полосу частот значительно

Системы обнаружения и измерения параметров сигналов со скачкообразным изменением частоты

Дипломная работа

Радиоэлектроника

Другие дипломы по предмету

Радиоэлектроника

Сдать работу со 100% гаранией
в канала и помех.

Если считать, что первые три задачи решены, то последняя может быть сформулирована как задача построения оптимального (субоптимального) приемного устройства для сигналов ФМ-4 в случае их пакетной передачи в канале с рассеянием с неизвестными свойствами собственно канала и действующих в нем помех.

1.2 Широкополосные энергетические обнаружители

Решение задачи обнаружения радиоимпульсных сигналов на фоне шумов осуществляется при плохо определенной сигнальной обстановке, высокой скорости потока данных и ограниченных возможностях процессора по быстродействию и объема памяти. Учитывая априорно известную информацию о сигнале, предпочтительно использовать две схемыобнаружителя: энергетическуюили автокорреляционную. Достоинством первой схемы обнаруженияявляется ее инвариантность по отношению к внутриимпульсной модуляции икорреляционным свойствам шума. Вторая схема обнаружителяхарактеризуется более высокой помехоустойчивостью. Однако, имеяограниченные возможности процессора и учитывая высокую скоростьвходного потока данных, представляется целесообразнымостановить свойвыбор на энергетической схеме обнаружения.

Особенностью решаемой задачи является то, что полоса принимаемого сигнала существенно шире полосы полезного импульсного сигнала.

Структурная схема одноканального энергетического обнаружителя изображена на рис. 1.1 и содержит: квадратичный детектор, интегратор и устройство сравнения.

Рис. 1.1 Схема одноканального энергетического обнаружителя

Такой обнаружитель обеспечивает измерение энергии принятойреализации в пределах конечного времени интегрирования Tи и сравниваетвыходной сигнал интегратора z с пороговым уровнем z0 для принятиярешения о наличии (γ1) или отсутствии (γ0) сигнала во входной смеси. Поскольку процесс y(t) на выходе полосового фильтра (см. рис. 1.1) является узкополосным, то статистику z для смеси сигнала и шума можно представить как квадрат модуля комплексной огибающей этого процесса.

При наличии сигнала эта статистика описывается нецентральным χ2- распределением с 2TиWs степенями свободы и с параметром, равным квадрату энергетического отношения сигнал/шум λ = 2Es/ G0. Приотсутствии сигнала статистика z описывается χ2-распределением с2TиWs степенями свободы. Интегральные выражения сводятся к обобщенным Q-функциямМаркума

Рабочие характеристики энергетического обнаружителя получены исходя из предположения о том, что время начала интегрирования согласовано с временем начала импульса, а величина Tu равна длительности импульса.

Анализ эффективности энергетического обнаружителя, показал, что для получения одних и тех же значений вероятностей PFи PDэтот обнаружитель требует отношения сигнал/шум в

раз больше, чем корреляционныйобнаружитель (или согласованный фильтр), где F(•) – гауссовский интегралвероятности.

Эти потери в отношении сигнал/шум и обусловлены априорнойнеопределенностью относительно структуры сигнала. В то же время, для эффективной работы системы радиоконтроля необходимо различать сигналы по их структуре.

Рис. 1.3 Помехоустойчивость энергетического обнаружителя при фиксированной вероятности ложной тревоги PF = 10-2

Сравнение корреляционного и энергетического обнаружителей при фиксированной вероятности ложной тревоги приведено на рис. 1.3.Совершенно четко можно видеть, что использование корреляционого обнаружителя дает значимый эффект при реальных соотношениях сигнал/шум 8 дБ и ниже. На более высоких соотношениях сигнал/шум целесобразность использования корреляционного обнаружителя может быть подвергнута сомнению, особенно с учетом того, что для построения корреляционного обнаружителя необходима дополнительная априорная информация о временных, частотных и структурных параметрах сигнала.

Дополнительной сложностью при использовании корреляционного обнаружителя является его значительные требования к вычислительным ресурсам обрабатывающей платформы (более производительный процессор, наличие большого объема накристалльной памяти и т.д.).

Таким образом, для повышения эффективности мониторинга сигналовнеобходимо разрабатывать алгоритмы и устройства, обеспечивающиевозможность определения структуры сигнала и стабилизирующие уровеньвероятности ложных тревог. Частично эту задачу могут решитьмногоканальные энергетические обнаружители.

1.3 Многоканальные энергетические обнаружители

1.3.1 Многоканальный подоптимальный обнаружитель

Из предыдущего анализа следует, что для обнаружения сигнала с ППРЧ квадрат энергетического отношения сигнал/шум Es/G0 пропорционально квадратному корню из расширенной полосы частот Ws. Поэтому, для повышения эффективности обнаружения целесообразно при заданной спектральной плотности мощности шумов G0 использовать набор из K параллельных одноканальных обнаружителей с шириной полосы каждого канала Fk=Ws/K, значительно меньшейWs.

Подоптимальный многоканальный обнаружитель содержит Ws/Fs каналов, каждый из которых имеет полосу пропускания, согласованную с шириной спектра элементов сигнала Fs= Fh, и время интегрирования Tи, равное ΔT. Однако в целом, алгоритм принятия решения производится на основе отношения правдоподобия.

Структурная схема подоптимального многоканального обнаружителя представлена на рис. 1.4.

Рис. 1.4 Многоканальный квазиоптимальный обнаружитель сигналов сППРЧ

На рис. 1.4. использованы следующие обозначения: ПФ – полосовой фильтр; ИКК – извлечение квадратного корня; П – перемножитель; ПУ – пороговый узел. Интервал интегрирования Tи= Th. Выходы каждого канала подключены к блоку решения обнаружителя, в котором мгновенные значения в конце периода сигнала каждого частотного элемента для каналов суммируются, а полученные суммы для всех Ntчастотных элементов далее перемножаются. Полученное произведение в ПУ сравнивается с пороговым уровнем, сформированным на основе отношения правдоподобия для гипотезы (отсутствия обнаруживаемого сигнала) с целью принятия решения о наличии сигнала ППРЧ.

Подоптимальный многоканальный обнаружитель по сравнению с одноканальным широкополосным энергетическим обеспечивает довольно хороший выигрыш в отношении сигнал/шум. Однако,такой обнаружитель более сложен в реализации и требует наличия априорной информации о параметрах обнаруживаемого сигнала.

1.3.2 Многоканальный обнаружитель на основе сумматора с блоком фильтров

Структурная схема обнаружителя представлена нарис. 1.5, где использованы следующие обозначения: УС – узел сравнениявходной величины спороговым уровнем z0.

В таком обнаружителе на интервале времени Tи= Thпринимается решение о наличии во входной смеси сигнала. На выходах УС формируются бинарные сигналы 1 или 0 в зависимости от результатов сравнения.

Бинарные сигналы поступают на узел ИЛИ, на выходе которого появляется 1, если хотя бы на одном из выходов УС будет 1. Результаты обработки накапливаются и сравниваются с пороговым уровнем Ln и принимается решение γ0 или γ1 об отсутствии или наличии сигнала с ППРЧ.

Рис. 1.5 Многоканальный обнаружительна основе сумматора с блоком фильтров

Из сравнения схем обнаружителя типа сумматора с блоком фильтров (СБФ) (см. рис. 1.5) и квазиоптимального многоканального обнаружителя (см. рис. 1.4) следует:

1) в части обнаружения энергии сигнала оба типа обнаружителей идентичны; 2) сложные функциональные операции в обнаружителе типа СБФ отсутствуют и заменены принятием решения относительно частотного элемента в каждом канале на основе сравнения с пороговым значением; 3) в обнаружителе типа СБФ упрощена процедура формирования правила принятия решения в целом по всему сообщению.

Достоинства обнаружителя типа СБФ, полученные за счет упрощения и сокращения функциональных операций, вполне очевидно должны привести к увеличению требуемого для обнаружения сигнала отношения Es/G0 при заданных вероятностяхPFи PD. Из-за наличия двух пороговых значений принятия решения z0 и Lnи негауссовского характера случайных переменныхне представляется возможным получить в явном виде выражение длятребуемого отношения Es/G0.

Обнаружитель типа СБФ,незначительно уступая по отношению сигнал-шум квазиоптимальномумногоканальному обнаружителю, имеет более простую структурную схему.

1.3.3 Обнаружитель на основе сумматора с блоком фильтров для обнаружения сигнала с медленной ППРЧ

Несмотря на широкую известность описанного выше обнаружителя типа СБФ, устанавливаемое в нем значение порогового уровня обнаружения четко не определено. Известно лишь, что пороговый уровень имеет квазиоптимальное значение, при котором РХ обнаружителя типа СБФ (вероятность обнаружения сигнала при фиксированной вероятности ложной тревоги) оказывается наилучшей. В то же время в известной литературе пороговое значение приводится иногда с таким разбросом, что практическая ценность этих сведений минимальна.

Структурная схема обнаружителя типа СБФ показана на рис. 1.8

Рис. 1.8 Структурная схема обнаружителя типа СБФ

Представленный обнаружитель является многоканальным, каждый фильтр которого перекрывает одну М-ичную полосу шириной MFSизК полос ППРЧ. Таким образом, могут быть обработаны все М информационных сигналов, если они присутствуют на входе обнаружителя.

В каждом канале производится формирование квадрата огибающей сигнала с интегрированием по длительности символа, если полоса пропускания фильтра превышает ширину полосы сигнала (при M-ичной ЧМ – в М раз).

Затем Nsсимволов данных, содержащихся в одном интервале ППРЧ, суммируются и по окончании каждого такого интервала принимается „жесткое" решение относительно наличия входного сигнала, основанное на сравнении с пороговым значением z0 суммарного сигнала Rij. Если пороговое значение z0 превышается

Похожие работы

< 1 2 3 4 5 6 > >>