Введение к работе
Актуальность темы.
Обнаружение радиосигналов на фоне помех является одной из важнейших задач радиофизики. Реальные радиофизические системы функционируют в условиях априорной неопределенности параметров принимаемых сигналов, что накладывает определенные требования на структуру функциональных операций, выполняемых при обнаружении.
Когда форма обнаруживаемого радиосигнала является априори неизвестной и оптимальный приемник не реализуем, Г. Урковицем было предложено использовать в качестве обнаружителя энергетический приемник, представляющий собой каскадно соединенные полосовой фильтр, квадратор, интегратор на интервале времени наблюдения и пороговое устройство.
В силу универсальности, энергетический обнаружитель применяется в случае приема как детерминированных, так и стохастических радиосигналов. При этом энергетический обнаружитель является оптимальным обнаружителем стохастического гауссовского сигнала на фоне гауссовского шума.
Исследованиям в области энергетического обнаружения радиосигналов
посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых. В
некоторых работах исследовано обнаружение квазидетерминированных
радиосигналов на фоне белого гауссовского шума. Получены законы
распределения решающих статистик обнаружителя для различного рода
флюктуации амплитуды сигнала. Показано, что закон распределения случайной
начальной фазы радиосигнала не влияет на характеристики обнаружения и,
следовательно, особенности энергетического обнаружения
квазидетерминированного радиосигнала сводятся к рассмотрению случая обнаружения сигнала, федингующего по амплитуде.
Однако в большинстве работ, посвященных энергетическому обнаружению, аддитивный шум входной смеси предполагался гауссовским. Реальная радиофизическая система функционирует в условиях воздействия внешних помех различной природы: преднамеренные, индустриальные, атмосферные и др. В связи с этим, эффективность того или иного алгоритма обработки принимаемого сигнала существенным образом зависит от степени учета реальной помеховой обстановки.
Несмотря на множество работ, посвященных исследованию энергетического обнаружения радиосигналов, некоторые вопросы по-прежнему остаются недостаточно освещенными. К их числу относятся исследования эффективности энергетического обнаружения радиосигналов в условиях сложной помеховой обстановки, когда получение аналитических выражений для характеристик обнаружения в общем случае является затруднительным. Малоизученной остается задача энергетического обнаружения поляризованных радиосигналов в условиях параметрической априорной неопределенности относительно интенсивности шума.
Таким образом, актуальность темы исследования определяется необходимостью обобщить результаты существующих исследований в области энергетического обнаружения на случай более сложной реальной радиофизической обстановки. А именно, провести анализ характеристик энергетического обнаружения радиосигналов в условиях сложной помеховой обстановки: при воздействии атмосферных либо индустриальных радиопомех, описываемых полигауссовской моделью Лихтера; при наличии гауссовских узкополосных помех, а также исследовать эффективность энергетического обнаружения поляризованных радиосигналов в условиях параметрической априорной неопределенности относительно интенсивности шума.
Целью работы является анализ энергетического обнаружения
радиосигналов в условиях сложной помеховой обстановки и параметрической
априорной неопределенности относительно интенсивности шумового фона.
Для этого в работе решаются следующие задачи:
Теоретическое исследование эффективности традиционного и адаптивного энергетического обнаружения радиосигналов на фоне шума Лихтера.
Теоретическое исследование эффективности энергетического обнаружения радиосигналов на фоне гауссовского белого шума и гауссовских узкополосных помех.
Анализ закономерности влияния корреляции между гауссовскими узкополосными помехами на характеристики энергетического обнаружения радиосигналов.
Теоретическое исследование эффективности традиционного и адаптивного энергетического обнаружения поляризованных радиосигналов.
Методы исследования.
При решении задач, поставленных в диссертационной работе, используются аналитические и вычислительные методы современного математического аппарата статистической радиофизики, а именно: аппарат теории вероятностей и математической статистики, методы математического анализа и аналитической геометрии, математический аппарат теории матриц, методы теории случайных процессов, методы моделирования на ЭВМ.
Научная новизна. Научная новизна работы определяется полученными
оригинальными результатами в области энергетического обнаружения
радиосигналов в условиях сложной помеховой обстановки и заключается в
следующем:
1. Впервые проведен анализ эффективности традиционного и адаптивного энергетического обнаружения радиосигналов на фоне шума Лихтера. Исследованы закономерности влияния параметров данной шумовой модели, а также относительного времени адаптации на вероятности ложной тревоги и правильного обнаружения.
Впервые проведен анализ эффективности энергетического обнаружения радиосигналов на фоне гауссовского белого шума и стационарно-связанных гауссовских узкополосных помех. Исследованы закономерности влияния корреляции между помехами, а также параметров фединга амплитуды радиосигнала на характеристики обнаружения.
Предложена структурная блок-схема энергетического обнаружителя поляризованных радиосигналов.
Получены результаты, позволяющие количественно оценить показатели эффективности традиционного и адаптивного энергетического обнаружения эллиптически поляризованных радиосигналов на фоне гауссовского шума.
На защиту выносятся следующие результаты, впервые достаточно
подробно развитые или впервые полученные в настоящей работе:
Результаты анализа традиционного и адаптивного энергетического обнаружения радиосигналов на фоне шума Лихтера.
Результаты анализа энергетического обнаружения радиосигналов на фоне гауссовского белого шума и стационарно-связанных гауссовских узкополосных помех.
Результаты исследования закономерностей влияния корреляции между гауссовскими узкополосными помехами на характеристики энергетического обнаружения.
Результаты анализа традиционного и адаптивного энергетического обнаружения эллиптически поляризованных радиосигналов на фоне гауссовского шума.
Достоверность результатов диссертации. Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается корректностью использования математического аппарата, совпадением новых результатов с известными в частных случаях, результатами статистического моделирования.
Личный вклад автора. В работах [1-3, 5-8, 10-15] автор принимал непосредственное участие в постановке задач, построении теоретических моделей, проведении аналитических и численных расчетов, а также обсуждении и интерпретации результатов. В работе [9], автором выполнены аналитические расчеты характеристик энергетического обнаружения, интерпретация полученных результатов и построение графиков.
Практическая ценность работы. В работе проведен анализ энергетического обнаружения квазидетерминированных радиосигналов в условиях воздействия атмосферных и индустриальных помех, описываемых моделью Лихтера, а также стационарно-связанных гауссовских узкополосных помех. Исследовано энергетическое обнаружение эллиптически поляризованных
радиосигналов при наличии априорной неопределенности относительно интенсивности гауссовского шума.
Полученные в диссертации аналитические выражения для характеристик обнаружения позволяют количественно определить значение параметров, при которых в условиях сложного шумового фона, фединга амплитуды радиосигнала и априорной неопределенности относительно интенсивности шума измерительная радиофизическая система будет функционировать с заданными показателями эффективности.
Результаты работы могут найти практическое применение при создании помехоустойчивых радиофизических систем, работоспособных в сложной электромагнитной обстановке, а также при проектировании и исследовании систем обработки сигналов в локации, гидроакустике и связи.
Использование научных результатов. Полученные в диссертации результаты использованы в опытно-конструкторских работах, выполнявшихся в ОАО «Концерн «Созвездие».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих научных конференциях: 13-я, 14-я, 15-я и 16-я международные конференции «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2007-2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них 6 [5, 9, 10, 13-15] - в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертации.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, списков использованных обозначений и сокращений, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы. Объем диссертации составляет 212 страниц, включая 139 страниц основного текста, 37 рисунков на 37 страницах, 13 страниц списка литературы, 23 страницы приложений. Список литературы содержит 139 наименований.
