Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 - Анализ научно-технической информации в области полуактивной радиолокации с использованием радиоизлучений цифрового телевидения и радиовещания 15
1.1. Полуактивная радиолокационная система (ПАРЛС) и методы определения координат 15
1.2. Уравнение бистатической родиолокации 21
1.3. Анализ существующих систем ПАРЛС 28
Выводы по первой главе 34
Глава 2 Разработка методов построения ПАРЛС, использующих
2.1. Выбор источников сигнала подсвета 35
2.2. Выбор схемы построения и местополо ения приемников ПАРЛС 40
Выводы по второй главе 47
Глава 3 Алгоритмы обработки сигналов в ПАРЛС 48
3.1. Восстановление опорного сигнала 48
3.3. Вычисление взаимной функции неопрделейности 78
3.4. Обнару ение целей 86
Выводы по третьей главе 94
Глава 4 Компьютерное моделирование ПАРЛС 96
4.1. Генератор сигналов DVB2 96
4.2. Генератор сигнала от целей 106
4.3. Обработка радиолокационных сигналов и результаты Выводы по четвертой главе 115
Глава 5 Результаты натурных экспериментов 116
5.2. Обработка записанных сигналов 127
5.3. Результаты натурных экспериментов ПАРЛС 136
Выводы по пятой главе 140
Прило ение
- Уравнение бистатической родиолокации
- Выбор схемы построения и местополо ения приемников ПАРЛС
- Вычисление взаимной функции неопрделейности
- Генератор сигнала от целей
Введение к работе
Актуальность работы. Традиционные радиолокационные средства,
использующиеся для мониторинга объектов на водной поверхности и в нижних слоях атмосферы, являются активными, т.е. обнаружение и оценка параметров объекта осуществляется по результатам обработки отраженного от него зондирующего сигнала. Такой подход сам по себе не может рассматриваться как экологически безопасный, поскольку связан с излучением в пространство значительной электромагнитной энергии. Кроме того, активные радиолокационные системы (РЛС), имеющие в своем составе передающие устройства, являются дорогими, их эксплуатация требует разрешения на использование радиочастоты, размещение на местности должно осуществляться с учетом обеспечения электромагнитной совместимости. В этой связи представляется особо актуальной разработка и построение РЛС, использующих неизлучающие, т.е. пассивные технологии дистанционного мониторинга. В качестве одного из перспективных направлений пассивной радиолокации в настоящее время следует рассматривать полуактивные радиолокационные системы (ПАРЛС), где в качестве подсвета, зондирующего сигнала, применяются сигналы сторонних источников излучения, в частности, коммерческих радио- и телевизионных передатчиков, особенно использующих цифровые стандарты передачи данных.
Использование в качестве сигналов подсвета сторонних источников позволяет добиться снижения стоимости системы за счет отказа от передатчика как наиболее дорогостоящей ее части. Кроме того, применение пассивной неизлучающей технологии будет способствовать улучшению как электромагнитной, так и экологической обстановки в зоне размещения системы. Отсутствие необходимости получения разрешения на использование частотного диапазона и уменьшение массогабаритных параметров системы не только снизит ее цену, но и упростит ее размещение и эксплуатацию.
Указанные выше замечания служат мотивацией для исследования путей построения систем мониторинга целей на водной поверхности и нижних слоях атмосферы, использующих сигналы подсвета передатчиков цифрового эфирного телевидения (ЦЭТВ) стандарта DVB-T2.
Целью диссертационной работы является разработка структуры и алгоритмов обработки сигналов ПАРЛС, включая вопросы выбора расположения приемной позиции (ПП) для обнаружения надводных и воздушных объектов и измерения параметров их движения. Создание действующего макета ПАРЛС при использовании радиоизлучения передатчиков ЦЭТВ для проверки эффективности работы предложенных алгоритмов и технических решений в реальных условиях.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи
1. Анализ принципов построения и архитектуры существующих и
перспективных ПАРЛС.
-
Анализ и выбор источников сигнала подсвета, схемы построения и местоположения ПАРЛС.
-
Разработка и исследование алгоритмов обработки сигналов в ПАРЛС.
-
Оценка технических характеристик ПАРЛС при использовании радиоизлучений ЦЭТВ DVB-T2 методом компьютерного моделирования.
-
Экспериментальные исследования макета ПАРЛС при использовании радиоизлучений ЦЭТВ DVB-T2 в Санкт-Петербурге для обнаружения и измерения параметров движения различных воздушных и надводных подвижных объектов.
Методы исследования. Теоретические исследования осуществлялись с использованием методов системного анализа, компьютерного моделирования. Экспериментальные исследования проводились с помощью макета ПАРЛС при использовании радиоизлучений ЦЭТВ DVB-T2.
Научная новизна
-
Разработан оригинальный алгоритм восстановления сигнала опорного канала для исключения влияния пиков взаимной функции неопределенности (ВФН), вызванных наличием в сигнале пилот-сигналов, а также его переотраженных копий.
-
Создана и апробирована компьютерная модель ПАРЛС, использующей сигналы подсвета передатчиков ЦЭТВ стандарта DVB-T2.
-
По данным экспериментальных исследований макета ПАРЛС при использовании радиоизлучений ЦЭТВ DVB-T2 в Санкт-Петербурге получены оценки эффективности обнаружения и измерения параметров движения целей.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Алгоритм восстановления сигнала опорного канала, основанный на стандарте DVB-T2, для исключения влияния пиков ВФН, вызванных наличием в сигнале пилот-сигналов, а также его переотраженных копий.
-
Результаты цифрового моделирования ПАРЛС при использовании радиоизлучений ЦЭТВ DVB-T2.
-
Результаты натурных экспериментов ПАРЛС при использовании радиоизлучений ЦЭТВ DVB-T2 в Санкт-Петербурге для обнаружения и измерения параметров движения кораблей в Финском заливе и самолетов на территории аэропорта Пулково.
Практическая ценность работы
1. Разработанная аналитическая модель может использоваться при создании
ПАРЛС для различных технических приложений, включая контроль воздушной
обстановки и водной поверхности.
2. Предложенные алгоритмы восстановления сигнала опорного канала и
подавления прямого сигнала и отражений от местных помех в канале приема
отраженного сигнала повышают эффективность работы ПАРЛС.
Достоверность научных и практических результатов. Достоверность подтверждается корректным использованием методов исследований, применением современных компьютерных средств и программ расчетов, конкретными
результатами компьютерного моделирования алгоритмов обработки сигналов в ПАРЛС, не противоречащих данным экспериментальных исследований на макете ПАРЛС при использовании радиоизлучений ЦЭТВ DVB-T2 в Санкт-Петербурге.
Реализация результатов работы. Практическая полезность подтверждается внедрением полученных результатов в НИР, выполненных на кафедре РС, а также актом об использовании полученных результатов в учебном процессе СПбГЭТУ “ЛЭТИ”.
Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
научно-практическая конференция «Геополитические факторы устойчивого развития и инновационные технологии прогнозирования и предотвращения чрезвычайных ситуаций», СПб, 29 ноября 2012.
XLVI научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященная памяти авиаконструктора И. И. Сикорского. СПБ, 18 апреля 2014 г.
68-ая научная конференция профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета им. В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, 2 февраля 2015 и других конференциях ППС СПБГЭТУ «ЛЭТИ».
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, из них 2 статьи в журнале «Известия вузов России. Радиоэлектроника» и 3 работы в материалах всероссийских и региональных конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации 150 с., в том числе 148 с. основного текста, 75 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 61 наименования и приложение на 2 страницах.
Уравнение бистатической родиолокации
Полу активные РЛС имеют ряд преимуществ по сравнению с активными. Это меньшая себестоимость и меньшие эксплуатационные затраты вследствие исключения из системы передатчика. ПАРЛС не излучает и, следовательно, не создает помех другим радиотехническим устройствам, не оказывает вредного воздействия на окру ающую среду, не требует получения разрешения «на использование радиочастот или радиочастотных каналов». ПАРЛС позволяет обнару ивать воздушные цели благодаря тому, что передатчики вещания обычно размещаются на больших высотах и, таким образом, обеспечиваются большое значения радиогоризонта. Антенны приемных позиций полуактивных РЛС так е мо но размещать на любой высоте (в том числе на крыше высотных зданий), не рискуя нарушить нормы электромагнитной совместимости и экологической безопасности. Так е имеется ряд преимуществ, значимых при военном применении полуактивной РЛС. Это скрытность, повышенная помехозащищенность (так как полуактивные РЛС обычно работают по нескольким сторонним источникам на разных частотах) и возмо ность обнару ивать Стелс-объекты, так как обычно усилия разработчиков таких объектов направлены на сни ение моностатической эффективной площади рассеяния (ЭПР), и значение бистатической ЭПР заметно превосходит значение моностатической ЭПР.
Полуактивные РЛС имеют недостатки. В ПАРЛС нет возмо ности управлять передатчиком. В многопозиционных ПАРЛС необходимо организовывать канал связи. Самый существенный недостаток - ело ность обработки, так как полуактивная радиолокация осуществляется в условиях помех, к которым пре де всего относится прямой сигнал стороного источника, попадающие в антенну ПАРЛС различными путями, имеющие различные уровни, временные сдвиги и доплеровские смещения частоты. Несмотря на перечисленные недостатки, ПАРЛС активно развиваются. В США, Англии, Германии, Франции и других странах испытываются и эксплуатируются полуактивные РЛС, работающие по сигналам различных нерадиолокационных источников. Используются сигналы ЧМ -радиовещания, аналогового телевидения, цифрового телевидения, сотовой связи. Практически во всех зарубе ных ПАРЛС выполняется прием прямого сигнала стороннего источника и при обработке вычисляется взаимная корреляционная функция (ВКФ) прямого и переотра енного целью сигналов.
Примеры ПАРЛС. Работы по созданию ПАРЛС, использующих сигналы подсвета вещательных передатчиков, проводятся с конца 1990-х гг. , в результате чего ряд стран (США, Великобритания, Франция, Германия, Польша, Чехия, Беларусь) создали действующие системы или макеты, работающие по этому принципу. Первой из таких систем стала американская ПАРЛС Silent Sentry («Сайлент Сентри», «немой стра ») компании Lockheed-Martin, использующая излучение TB- , DVB- и FM-передатчиков [54]. Затем последовала британская ПАРЛС Celldar (2003) (от CELLular raDAR) разработки Roke Manor, использующая излучение сотовой телефонной сети стандартов GSM 900, 1800 и 3G. На базе Celldar разрабатываются пассивные системы, использующие иные сигналы подсвета, например, Wi-Fi [37]. Европейской компанией Thales разработана ПАРЛС Homeland Alerter 100, предназначенная для получения данных о малоскоростных маловысотных воздушных целях (в том числе беспилотных аппаратах, крылатых ракетах и целях, создаваемых по технологии «Stealth») и использующая сигналы подсвета передатчиков FM радиовещания (возмо но расширение для работы с цифровыми источниками DAB и DVB) [46, 59]. В родственной ПАРЛС SINBAD этой е компании используются у е наземные цифровые ТВ-передатчики стандарта DVB. Своя ПАРЛС есть и у чешской фирмы ERA. Существует так е мно ество разработок исследовательского характера: CORA (FGAN, Германия), CASSIDIAN PARADE (Cassidian Electronics), PaRaDe (Варшавский технологический университет) (PARADE - от Passive Radar Demonstrator) и др. Россия и страны СНГ так е не стоят в стороне от исследования принципов и построения систем ПАРЛС. Так, в конце 1990-х гг. Под руководством А. Е. Охрименко на специально созданном в Минске предприятии «Алевкурп» была разработана первая а СНГ ПАРЛС «Поле», работавшая по сигналам аналогового телевидения [18]. В последние годы авторский коллектив с участием А. Е. Охрименко, П. Г. Семашко, Н. Г. Пархоменко и др. (ФГУП «ГКБ Связь», Ростов-на-Дону) активно занимается исследованием возмо ности построения ПАРЛС на основе сигналов цифровых вещательных станий. В КВ-диапазоне в странах СНГ вопросами ПАРЛС занимаются НИИДАР (Москва), Харьковский институт радиофизики и электроники, ФГУП «МКБ Электрон» (Москва). Работы по схо ей тематике, связанной с построением многопозиционных радиолокационных систем, в том числе с разнесенными в пространстве передающими и приемными позициями, выполняются и в СПБГЭТУ [7, 8, 9, 7, 14, 15].
Таким образом, Анализ литературных источников показал потенциальную возмо ность и целесообразность исследования путей повышение эффективности ПАРЛС мониторинга целей на водной поверхности и ни них слоях атмосферы, использующих сигналы подсвета передатчиков цифрового эфирного телевидения (ЦЭТВ) стандарта DVB2.
На основании вышеизло енного мо но сформулировать цель настоящей работы и определить основные задачи исследования.
Выбор схемы построения и местополо ения приемников ПАРЛС
При построении полуактивных радиолокационных систем мониторинга объектов на водной поверхности и в ни них слоях атмосферы необходимо решить следующие задачи: выбор источника сигнала подсвета; выбор схемы построения ПАРЛС; выбор местополо ения приемной позиции. 2.1 Выбор источников сигнала подсвета
В качестве источников сигнала подсвета в ПАРЛС обычно используют передатчики вещательных телевидений (ВТ) и радиостанций, ре е - сигналы вещательных, навигационных и связных спутников, сетей GSM и пр. Рассмотрим кратко основные характеристики ПАРЛС при разных источниках подсвета [1, 31, 34]. УКВ-вещание. Частота 60-108 МГц, полоса 50 кГц, что соответствует моностатическому разрешению 3000 м. Передатчики располагаются на высоких мачтах или башнях. Антенны обычно всенаправлены по азимуту, по углу места не излучают вверх, поэтому высоко располо енные цели обнару иваются ху е. Плотность мощности здесь довольно существенна. Передатчики ставятся в основном в городских и пригородных зонах. В этих местах ПАРЛС могут одновременно использовать сигналы 4-5 передатчиков достаточной мощности, обеспечивающих ну ную зону покрытия при обнару ении воздушных целей как в бистатическом, так и в мультистатическом ре име. Параметры ПАРЛС по обнару ению/разрешению зависят от функции неопределенности сигнала, а тот зависит от вида сообщения (контента). Чем шире спектр сообщения и чем меньше пауз, тем лучше. Ху е всего - речь, лучше - музыка. При речевом сообщении уровень боковых лепестков высок, основной пик относительно широк, поскольку речь - сообщение узкополосное. При д азовой передаче пик у е, поскольку сообщение более широкополосное. Недостатки - низкая разрешающая способность, большой уровень боковых лепестков функции неопределенности (ФН) (рисунок 2.1а и 2.16), зависимость ее свойств от контента; достоинства - высокая мощность, хорошая зона охвата.
Аналоговое телевидение. Частоты 500-600 МГц. Полоса - 8 МГц, сильно изрезана, составляющие (поднесущие): видео, AM, цветность, аналоговое аудио, цифровое аудио. Полоса видеосигнала 5,5 МГц, откуда моностатическое разрешение 30 м. Антенны передатчиков всенаправленные по азимуту, по углу места ДН наклонена вниз. Неопределенность измерения дальности связана с периодом передачи линий изобра ения и составляет 9,6 км. У цветовой поднесущей ярко выра єна периодичность. Звуковая похо а на речевое ФМ сообщение (рис. 2.1в).
Сотовые телефонные сети. GSM - 900 МГц и 1,8 МГц, полоса 25 МГц для отдельной станции поделена на 125 FDMA каналов по 200 КГц, что и соответствует полосе передатчика. Кроме того, частота выделяется абоненту динамически. У 3G сетей частота сигнала 2 ГГц, разные виды модуляции, минимальная полоса у QPSK - 3,84 МГц. Антенны имеют сектор 120 градусов (их мо ет быть и не одна, а 2 или 3), по углу места ДН направлена вниз. Мачты разнесены на 10 км. Основная тенденция развития - ставить передатчики меньшей мощности, но более часто. Недостатки - низкая мощность, перерывы в передачах; достоинство - зона охвата.
Спутниковые передатчики: телевизионные и радиовещательные, связные, навигационные, в том числе стандарта GSM. Преимущество - полное покрытие, недостаток - слабая мощность на поверхности. В ПАРЛС практически не используются.
Цифровое наземное вещание в диапазоне КВ. В этом диапазоне активно развивается сеть вещания стандарта DRM (Di ital Radio Mondiale). Его использование для решения задач экологического мониторинга не планируется в связи с низкими характеристиками точности и разрешения, а так е больших размеров приемных антенн.
Цифровое наземное вещание в диапазоне УКВ. Цифровые сигналы телевизионного стандарта DVB и радио стандарта DAB близки к шумоподобным, как следствие они имеют спектр близкий к прямоугольному, что обеспечивает более низкий по сравнению с аналоговыми сигналами уровень боковых лепестков (БЛ) ФН (рис. 2.1д). Кроме того, преимуществами цифровых сигналов являются более широкая полоса (а значит, более высокое разрешение по дальности), и независимость их свойств от содер ания передаваемого сообщения (т.е. от контента). Совокупность этих преимуществ делает использование цифровых сигналов предпочтительным относительно аналоговых, да е несмотря на более низкую мощность и более ело ную обработку. В настоящее время вещание в стандарте DAB на территории РФ не ведется, поэтому далее рассмотрим только применение в ПАРЛС сигналов цифрового телевидения DVB [16].
DVB (англ. Digital Video Broadcasting - Terrestrial) - европейский стандарт эфирного (наземного) цифрового телевидения, утвер денный и в Российской Федерации. В настоящее время стандарт DVB является устаревшим, и во всех странах, не исключая РФ, заменяется на новый, усовершенствованный стандарт второго поколения DVB2. Сигналы DVB могут иметь полосы 5; 6; 7; 8 МГц, сигналы DVB2 - 1,7; 5; 6; 7; 8; 10 МГц. Имеются два ре има формирования сигнала: 8К и 2К, отличающийся количеством несущих частот: 6187 и 1705 соответственно. В таблице 2.1 приведены параметры одного из сигналов DVB в ре йме 8К.
На территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области у е развернута и функционирует в рабочем ре име сеть цифрового наземного ТВ-вещания [61]. В таблице 2.2 представлены параметры бли айших к Санкт-Петербургу передатчиков, которые могут быть использованы как источники сигнала подсвета в системе экологического мониторинга, основанной на принципах полуактивной локации. Все действующие передатчики в Санкт-Петербурге и Ленинградской области вещают в стандарте DVB2. Таблица 2.2 - Передатчики стандарта DVB2 в окрестностях Санкт Петербурга
Местополо ение Координаты НомерТВ-канала Частота, МГц Высота, м Мощностьпередатчика,кВт Расстояниедо Петербурга,км
Подводя итоги, отметим, что с энергетической точки зрения более выгодными представляются сигналы аналогового ТВ- и радиовещания, однако перечисленные выше преимущества сигналов цифрового вещания в сочетании с активным развитием сети цифрового наземного телевещания делают наиболее перспективным использование в ПАРЛС мониторинга объектов на водной поверхности и ни них слоях атмосферы сигналов ЦЭТВ стандарта DVB2.
В настоящем исследовании обсу даются вопросы обнару ения и измерения параметров неоднородностей в двух средах, воздушной и водной, методами полуактивной локации. При этом существует возмо ность использования тех е средств для решения обеих этих задач, однако их располо ение на местности будет различным.
Пре де всего рассмотрим задачу обнару ения и оценки параметров объекта типа атмосферного выброса. На начальной стадии такой объект при его локации в KB и УКВ диапазонах волн мо но рассматривать как точечную цель, на более поздней стадии - как пространственно-распределенную цель. В первом случае геометрия задачи обнару ения ничем не отличается от стандартной для ПАРЛС задачи обнару ения воздушного объекта. Более того, вследствие того, что потенциально опасные объекты, как правило, являются стационарными (например, вентиляционная труба опасного производства), существует возмо ность выбора поло ения одной или нескольких приемных позиции так, чтобы для места размещения объекта результирующие характеристики всей системы были оптимальными (об оптимальном размещении позиций см. далее). Выбор числа задействованных приемных позиций в данной ситуации определяется набором измеряемых и оцениваемых параметров объекта, а так е используемым методом извлечения информации о трехмерном векторе скорости (поскольку речь идет о точечном объекте, измерение ветрового поля не осуществляется).
На более поздней стадии развития атмосферного выброса он будет являться для РЛС пространственно-распределенной целью. Это означает, что для получения информации о состоянии всего занимаемого целью пространства необходимо организовать либо сканирование антенны канала полезного сигнала, либо ее многоканальность, либо использовать несколько приемных позиций, совместно отеле ивающих всю зону наблюдения, где возмо но появление цели. Выбор той или иной схемы следует осуществлять в зависимости от соотношения размеров зон, которые необходимо контролировать, и решаемых при этом задач с учетом стоимости систем, поскольку реализация ело ной многоканальной антенны в некоторых случаях мо ет оказаться доро е размещения нескольких недорогих приемных позиций со слабо направленными антеннами. Заметим, что при решении задачи построения ветрового поля скоростей ограничиться одной позицией нельзя, т.к. для этого необходимы измерения, проведенные одновременно в не менее двух пространственно-разнесенных точках.
Пре де чем перейти к построению методики выбора оптимального местополо ения приемника, оценим, из каких сообра ений при этом следует исходить. На рисунке 2.2 приведены два варианта построения ПАРЛС при мониторинге водного объекта: схема рис. 2.2а предусматривает размещение приемной позиции (ПП) позади объекта наблюдения, в схеме на рис. 2.26 приемная позиция располо єна перед ним.
Вычисление взаимной функции неопрделейности
Алгоритм NLMS, в отличие от LMS, сходится в среднем квадрате, что означает, что средние квадраты коэффициентов стремятся к фиксированным значениям (если этого не происходит, дисперсии коэффициентов фильтра не стремятся к нулю при к оо - коэффициенты флуктуируют вокруг оптимальных значений, приводя к наличию дополнительной (избыточной) ошибки в установившемся ре име: ошибка фильтрации оказывается больше ошибки оптимального фильтра Винера). При детерминированном подходе к задаче поиска оптимального фильтра добиваются минимизации не дисперсии ошибки (статистического среднего квадрата сигнала ошибки), а суммарной квадратичной ошибки [24]. Т.е. мера
В рекурсивном методе наименьших квадратов (RLS) учитывается, что на ка дом к -м шаге к матрице X добавляется лишь один столбец, к вектору d - один новый отсчет. Записав выра ение для вектора-столбца коэффициентов фильтра в зависимости от номера шага и делая преобразования, находят, что формула для коэффициентов фильтра
Чтобы качество фильтрации не ухудшалось при изменении статистических свойств входного сигнала, мо но при расчете меры ошибки экспоненциально уменьшать вес прошлых значений сигнала ошибки: где М - большое поло ительное значение (например, 100/о% [24]).
Алгоритм RLS, в отличие от LSL и NLSL, не является алгоритмом последовательного прибли ения. На ка дом шаге он дает оптимальные значения коэффициентов фильтра, за исключением переходного процесса в начале работы, когда фильтр заполняется отсчетами входного сигнала.
Рассмотрим, как используются адаптивные фильтры для подавления прямого и других мощных сигналов. На рисунке 3.8 показан адаптивный дискретный фильтр, в котором входным сигналом является прямой сигнал sref (сигнал опорного канала), а образцовым - сигнал канала наблюдения ssurv. Сигналы в каналах мо но описать следующим образом [36]. Сигнал в канале наблюдения
Структура изобра енного на рисунке 3.8 адаптивного фильтра предполагает, что мощные отра ения могут присутствовать в первых N+1 элементах дальности (задер ки), включая нулевой элемент, соответствующий прямому сигналу в канале наблюдения. Если в сигнале канала наблюдения ssurv имеются прямой сигнал и помехи в любом из первых N+1 элементах дальности, то в сигнале ошибки se прямой сигнал и помехи в элементах с 0-го по Л/+7-Й будут подавлены. При вычислении ВФН вместо сигнала ssurv используется сигнал se.
Алгоритм ЕСА так е, как и RLS, основан на детерминированном подходе к решению задачи поиска оптимального фильтра. В отличие от описанных выше алгоритмов, в нем используется более ело ная, чем линия задер ка с отводами, структура. Приведем описание алгоритма, используя обозначения из [38].
Матрица, содер ащая в столбцах сдвинутые на один такт копии опорного сигнала sref, здесь обозначается как Sref, но, в отличие от матрицы X в алгоритме RLS, здесь при сдвиге опорного сигнала столбец дополняется нулями, а не новыми отсчетами входного сигнала. Математически это записывается следующим образом:
Отметим, что в матрицу Sref не обязательно включать все сдвинутые на такт копии sref. Например, если ну но подавить сигналы в нулевом и третьем элементах дальности, то матрица Sref будет образована следующим образом:
В алгоритме ЕСА мо но подавлять Реализуется это умно ением Sref (или составляющих ее матриц) на диагональную матрицу Матрица P сигналы, имеющие доплеровское смещение частоты. преобразует сигнал канала наблюдения (который используется в качестве образцового в адаптивном фильтре) так, что он становится ортогональным (некоррелированным) помехам (в заданных дальностно-доплеровских ячейках), добавленным во входной сигнал адаптивного фильтра, так как известно [24], что сигнал ошибки некоррелирован с входным сигналом фильтра.
Последовательный алгоритм подавления (SCA) является версией ЕСА, используя свойство ЕСА подавлять сигналы в заданных дальностно-доплеровских ячейках. Подавление мощных сигналов достигается за L этапов [36], на ка дом из которых подавляется один мощный сигнал. Ячейки, в которых присутствуют мощные сигналы, ищутся до подавления, т.е. сначала вычисляется ВФН (3.34), затем решается задача обнару ения и измерения параметров пиков ВФН, превышающих порог, и только после этого выполняется адаптивная фильтрация.
Рассмотрение адаптивных алгоритмов дополним описанием алгоритма на основе решетчатого фильтра (Least Square Lattice - LSL). Этот адаптивный фильтр сравнивается с фильтрами LSL, NLSL и RLS в [45]. Структура решетчатого фильтра для варианта с априорной оценкой ошибок приведена на рисунке 3.9. Данный фильтр так е является фильтром прямого и обратного линейного предсказания. Далее приведены выра ения [48], описывающие вариант LSL с априорной оценкой ошибок.
Генератор сигнала от целей
В стандарте различаются три основных типа потоков [39, 41]-транспортный поток (Transport Stream - TS), обобщенный инкапсулированный боток (Generic Encapsulated Stream - GSE) и обобщенный непрерывный поток (Generic Continuous Steam - GCS). Как дый поток представляет собой последовательность пользовательских покетов (UP - User Packet). Транспортный поток - это последовательность пакетов фиксированной длины (пакеты MPEG-2, 188 байт, первый байт - всегда синхробайт со значением 4716
Поток GSE характеризуется пакетами переменной или фиксированной длины, которая указывается в заголовках этих пакетов. Поток GCS представляет собой непрерывный поток битов. Реально - это или последовательность пакетов без указания их длины, или пакеты максимально возмо ной длины 64 Кбит.
Пакеты ка дого магистрального потока объединяются в потоковые (Baseband) кадры (ВВ-кадры) - отдельно для ка дого потока (рисунок 4.4). ВВ-кадр содер ит ВВ-заголовок (80 бит), поле данных и поле выравнивания. В последнем мо но передавать данные внутриканальной сигнализации. В заголовке пакета содер ится информация о типе транспортного потока, размере пользовательского пакета (при необходимости) и всего поля данных, наличии ре имов удаления пустых пакетов и дополнительных синхропакетов, используется постоянная/переменная модуляция и т.п. Размер поля данных и выравнивающего поля определяется параметрами сверточного кодера (в сумме не более 53770 бит).
Стандарт DVB2 [39, 41] ориентирован на передачу телевизионных потоков, в которых зачастую используются пустые пакеты (для выравнивания скорости потока), разного рода задер ки т.п. для сохранения состоянной скорости потока. Поэтому в DVB2 предусмотрены средства удаления этой избыточной информации, но с возмо ностью ее восстановления на приемном конце. Кроме того, опционально предусмотрен и механизм сверточного кодирования CRC-8 на уровне пользовательских пакетов.
Сформированный ВВ-кадр скремблируется (рандомизируется путем перемно ения на псевдослучайную последовательность) и подвергается корректирующему кодирования. Механизм защитного кодирования - еще одна принципиальная особенность стандарта DVB2. В качестве корректирующего кода используется каскадный кад. В качестве внешнего кода в нем применен блоковый кодер Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ, ВСН). В качестве внутреннего - низкоплотностный код с проверкой на четность (LDPC). В зависимости от скорости кодирования LDPC, размер входного блока данных для БЧХ-кодера мо ет различаться (таблица 4.1), однако выходной размер кодового слова после LDPC всегда составляет 64800 бит (рисунок 4.5).
Перед модуляцией (кроме BPSK и QPSK) кодовые слова подвергаются побитному переме ению и распределяются по модуляционным символам. Синалыюе созвездие 16-QAM после поворота [40] сигнал/шум на поднесущей на 4-5 дБ. Однако благодаря применению корректирующих кодов ВСН-LDPC, эффективность которых гораздо выше традиционных кодов исправления ошибок (в т.ч. Рида-Соломона), в DVB2 скорость кодирования мо ет быть намного выше и общая пропускная способность канала существенно возрастает.
Еще одно новшество DVB2 - введение схемы модуляции с “вращающимся” сигнальным созвездием (рисунок 4.6). Эта процедура означает, что сформированный модуляционный символ поворачивается в комплексной плоскости на определенный угол, зависящий от числа уровней модуляции (29 для QPSK, 16,8 для 16-QAM, 8,6 для 64-QAM и arctg(l/16) для 256-QAM). Более того, перед началом вращения квадратурная (Q) координата ка дого модуляционного символа циклически сдвигается в рамках одного кодового слова (т.е. берется из предыдущего символа этого слова, Q-компонента первого символа становится равной Q-компоненте последнего).
После формирования модуляционных символов происходит их переме ение в пределах кодового слова. Все рассмотренные до сих пор процедуры выполняются параллельно для отдельных магистральных потоков. В результате для ка дого PLP формируется последовательность модуляционных символов. Из них необходимо сформировать OFDM-символы. Но если в DVB эта процедура была абсолютно прозрачной, то в DVB2, из-за возмо ности транслировать несколько мультимедийных потоков, необходимо сформировать достаточно ело ную кадровую стуктуру.
Кадр физического уровня DVB2 (Т2-кадр) (рисунок 4.7) начинается с преамбулы Р1. Это OFDM-символ с модуляцией DBPSK, двумя защитными интервалами с двух сторон (в сумме Vi длительности символа). Он слу ит для синхронизации, идентификации потока DVB2, а так е содер ит 7 информационных бит с начальной информацией о Т2-кадре, а именно число номинальных поднесущих в OFDM (1К-32К) и формат передачи следующей за Р1 преамбулы Р2 (ре имы MISO или SISO). Вся остальная информация о Т2-кадре (длина, модуляция, скорость кодирования и т.п.) передается в преамбуле Р2, которая мо ет занимать несколько OFDM-символов. Далее следует поле данных (информационные OFDM-символы). Замыкает Т2-кадр специальный завершающий OFDM-символ. В зависимости от параметров OFDM, в Т2-кадра мо ет быть от 60 до 2098 OFDM-символов при полосе передачи 8 МГц (таблица 4.2). Максимальная длительность Т2-кадра - 250 мс.