Введение к работе
Актуальность темы. В сложной помеховой обстановке могут применяться сигналы кода Морзе, которые и в настоящее время используются в целом ряде систем специального назначения. В последние годы стал проявляться интерес к системам автоматического приема сигналов кода Морзе, особенно, в коротковолновом диапазоне.
Анализ показал, что разработаны и хорошо изучены алгоритмы приема и различения импульсных сигналов с двоичной амплитудной манипуляцией (сигналов с пассивной паузой), а также сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), которые по своей структуре близки к сигналам кода Морзе. Но при приеме сигналов кода Морзе возникает задача обнаружения-различения двухальтернативной гипотезы. Кроме того, параметры сигнала, длительности символов «точка», «тире» и паузы обычно известны неточно, особенно, при ручной передаче информации. Как показал анализ, такие алгоритмы обнаружения-различения не разработаны.
Таким образом, встает актуальная задача синтеза, анализа и моделирования оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов приема сигналов кода Морзе при наличии неопределенности относительно длительностей сигналов «тире», «точка» и пауз между импульсами в условиях комплекса помех. Под комплексом помех будем понимать шумовые, сосредоточенные по спектру, импульсные помехи и замирания сигнала.
Предметом исследования являются алгоритмы приема импульсных сигналов на фоне комплекса помех.
Цель работы. Создание новых автоматических систем приема сигналов кода Морзе на основе синтеза и анализа оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов приема в условиях неточно известных длительностей сигналов при наличии замираний сигнала и аддитивного белого шума.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
1. Построение математических моделей импульсных сигналов кода
Морзе, аддитивных и мультипликативных помех, позволяющих осуществить
статистический синтез оптимальных алгоритмов обнаружения-различения
сигналов и их моделирование.
2. Синтез оптимальных алгоритмов обнаружения и различения
импульсных сигналов кода Морзе при условии известных и неизвестных
параметров сигналов и помех.
Синтез оптимальных алгоритмов приема и различения импульсных сигналов кода Морзе при наличии замираний в канале связи.
Анализ эффективности оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов обнаружения и различения импульсных сигналов кода Морзе.
Разработка комплекса программ для реализации квазиоптимальных алгоритмов приема сигналов кода Морзе в реальных условиях. Проведение
статистического моделирования разработанных процедур приема сигналов кода Морзе.
Методы исследований. В работе использованы основные положения теории вероятностей, статистической теории оптимального приема сигналов, применены методы математического моделирования, в том числе компьютерного.
Основные научные результаты, выносимые на защиту.
Синтезированы оптимальные и предложены квазиоптимальные процедуры обнаружения-различения сигналов кода Морзе при известных и неизвестных длительностях сигналов «точка», «тире», «пауза» в отсутствии и при наличии замираний и аддитивного гауссовского белого шума.
Предложен алгоритм различения символов кода Морзе, когда длительности символов известны неточно, включающий в себя определение длительности символа по методу максимального правдоподобия и сравнение полученной оценки с наиболее вероятной длительностью символа «точка» и «тире».
Показано, что оптимальный алгоритм приема при наличии замираний в канале связи включает в себя оценки квадратурных составляющих принятого сигнала, полученные с помощью алгоритмов калмановской фильтрации квадратурных наблюдений. Предложены квазиоптимальные алгоритмы приема реальных сигналов кода Морзе.
С помощью математического моделирования показано, что разработанные квазиоптимальные алгоритмы проигрывают 1 - 2дБ по сравнению с оптимальным алгоритмом приема в случае присутствия в канале связи замираний сигнала. При этом большие потери наблюдаются при малых интервалах корреляции замираний сигнала, а с увеличением интервала корреляции вероятность правильного приема для квазиоптимального алгоритма приближается к вероятности правильного приема для оптимального алгоритма.
Научная новизна работы.
Синтезированы оптимальные алгоритмы приема импульсных сигналов кода Морзе при полностью известных параметрах сигнала, для случая неточно известной длительности символов, для случая неизвестной начальной фазе и для случая, когда в канале связи могут присутствовать замирания сигнала.
Разработана методика моделирования и исследования эффективности алгоритмов обнаружения-двухальтернативного различения импульсных сигналов с неточно известными параметрами в условиях комплекса помех.
Предложены квазиоптимальные алгоритмы приема реальных импульсных сигналов кода Морзе. На основе аналитических расчетов и математического моделирования составлен представительный каталог характеристик эффективности оптимальных и квазиоптимальных двухальтернативных алгоритмов приема кода Морзе.
Обоснованность и достоверность результатов диссертации.
Обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, базируется на использовании апробированных методов исследования, соответствии результатов известным теоретическим положениям. Достоверность полученных выводов подтверждается близостью теоретических результатов и результатов имитационного моделирования, а также эффективной работой предложенных алгоритмов в реальных условиях.
Практическая ценность. Полученные алгоритмы и оценки эффективности были использованы при создании устройств автоматического приема сигналов кода Морзе в реальных системах связи, когда параметры передаваемых сигналов известны неточно, а также в тех случаях, когда помимо белого шума в канале связи присутствуют замирания сигнала. Найденные результаты дают разработчикам аппаратуры конкретные рекомендации в построении оптимальных и квазиоптимальных приемников кода Морзе, а также методику моделирования и весьма представительный каталог оценок эффективности разнообразных алгоритмов. Результаты диссертационной работы внедрены в производственную деятельность ФНПЦ ОАО НПО «Марс», что подтверждено соответствующим актом.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 61 сессии, посвященной Дню радио" (Москва, 2006), на двенадцатой международной НТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006), на 62 сессии, посвященной Дню радио" (Москва, 2007), на пятой всероссийской НТК (с участием стран СНГ) «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем» (Ульяновск, 2007), на седьмой международной конференции «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (Ульяновск, 2009), на 64 сессии, посвященной Дню радио" (Москва, 2009), на пятнадцатой военно-технической конференции «Совершенствование техники связи и АСУ, системы военной связи» (Ульяновск, 2009), на шестой всероссийской НТК (с участием стран СНГ) «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем» (Ульяновск, 2007).
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 12 публикациях, среди них 4 статьи, одна из которых опубликована в издании, рекомендуемом ВАК РФ, и 8 работ, опубликованных в материалах международных и российских конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и библиографического списка из 102 наименований. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы, 29 рисунков.
Похожие диссертации на Моделирование и статистический анализ алгоритмов приема импульсных сигналов на фоне комплекса помех
