Введение к работе
Актуальность диссертационной работы. В настоящее время существует большое многообразие различных систем связи, продолжает наращиваться их количественный состав и энергетический потенциал, расширяются диапазоны рабочих частот. Большинство радиотехнических систем работает в сложной электромагнитной обстановке ввиду наличия большого количества внутрисистемных помех, определяемых характеристиками каналов и условиями распространения радиоволн, а также взаимных межсистемных помех, создаваемых сторонними радиосредствами.
Решение проблемы помехозащищенности путем увеличения энергии передаваемых сигналов не является рациональным, особенно с учетом загрузки радио диапазонов. Наиболее целесообразными являются методы, основанные на использовании специальных видов сигналов и применении эффективных алгоритмов их обработки.
Основными параметрами, определяющими выбор того или иного сигнала, являются их спектральная и энергетическая эффективность. Поэтому вопросы выбора сигналов для передачи данных, превосходящих уже известные по энергетической и спектральной эффективности, а также алгоритмов обработки этих сигналов, позволяющих обеспечить высокую помехоустойчивость, являются актуальными.
В настоящее время все большее внимание уделяется поляризационно-манипулированным сигналам и методам их поляризационно-временной обработки, которые без потери пропускной способности позволяют получить значительный выигрыш в помехозащищенности систем связи. При этом поляризационные методы допускают удачное сочетание со всеми другими методами обработки. Наиболее важные результаты в данном направлении отражены в работах К.Г. Гусева, В.В. Поповского, А.П. Родимова, S. Benedetto, T.S. Chu, A. Pizurica, V. Senk и ряда других отечественных и зарубежных ученых.
В связи с тем, что сигналы с поляризационной манипуляцией обладают значительным числом степеней свободы, существуют неисследованные разновидности этих сигналов, одной из которых являются поляризационно-манипули-рованные сигналы с непрерывным изменением параметров поляризации (ПМН).
Актуальность диссертационной работы определяется тем, что она направлена на решение проблемы повышения энергетической эффективности систем передачи данных за счет использования ПМН сигналов и методов их поляризационно-временной обработки.
Целью работы является исследование ранее неизвестной разновидности сигналов с поляризационной манипуляцией - поляризационно-манипули-рованных сигналов с непрерывным изменением параметров поляризации, разработка методов их приема и оценка эффективности этих методов в различной помеховой обстановке.
Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:
1. Анализ спектральной и энергетической эффективности различных видов
поляризационно-манипулированных сигналов.
Синтез алгоритмов оптимального приема ПМН сигналов.
Синтез алгоритмов поляризационно-временной обработки ПМН сигналов с флюктуирующими параметрами.
Разработка методов поляризационно-временной обработки ПМН сигналов на фоне нефлюктуационных помех.
5. Анализ эффективности полученных алгоритмов приема.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
ПМН сигналы превосходят по спектральной и энергетической эффективности сигналы со скачкообразным изменением параметров поляризации (ПМ), потенциальная помехоустойчивость которых соответствует помехоустойчивости сигналов ФМ-2;
многопозиционные ПМН сигналы превосходят по энергетической эффективности двухпозиционные; энергетический выигрыш при использовании четырехпозиционной ПМН по сравнению с двухпозиционной превышает 2 дБ;
- помехоустойчивость ПМН сигналов с непрерывным изменением одного
параметра поляризации соответствует помехоустойчивости частотно-
манипулированных сигналов с непрерывной фазой (ЧМНФ); применение ПМН
сигналов с непрерывно-последовательным изменением двух параметров поляри
зации - углов ориентации 0 и эллиптичности ф (ПМНе-ф), позволяет существенно
повысить помехоустойчивость приема по сравнению со случаем использования
ПМН сигналов с непрерывным изменением одного параметра поляризации; в
этом случае энергетический выигрыш по сравнению с ПМ сигналами при исполь
зовании четырехпозиционной ПМНе-ф превышает 4,8 дБ, а для четырехпо-
зиционных ПМН сигналов с непрерывным изменением одного параметра
поляризации данный энергетический выигрыш составляет только 3,04 дБ;
- использование поляризационно-временной обработки позволяет
реализовать прием ПМН сигналов с флюктуирующими параметрами и на фоне
нефлюктуационных помех; эффективность алгоритма компенсации при приеме
ПМН сигнала на фоне гармонической помехи возрастает с увеличением разницы
в поляризационных параметрах сигнала и помехи 80; величина энергетического
выигрыша по сравнению с приемом без поляризационно-временной обработки
при ре=10" и 80=7г/4 составляет 2,23 дБ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
впервые проведен анализ спектральных характеристик ПМН сигналов; показано, что ширина энергетического спектра ПМН сигналов с последовательным изменением углов ориентации и эллиптичности соответствует ширине спектра ПМН сигналов с изменением одного из параметров поляризации и значительно уже ширины спектра ПМ сигналов;
впервые получены алгоритмы оптимального приема ПМН сигналов для различного времени анализа и законов изменения параметров поляризации (линейного, гармонического);
- проведен анализ помехоустойчивости полученных алгоритмов
оптимального приема ПМН сигналов, по результатам анализа определены
индексы поляризационной манипуляции при которых достигается потенциальная помехоустойчивость; получены значения энергетического выигрыша ПМН сигналов по сравнению с ПМ сигналами;
- впервые получены алгоритмы поляризационно-временной обработки ПМН
сигналов с флюктуирующими параметрами и на фоне нефлюктуационных помех,
проведен анализ их эффективности.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработаны методы приема ПМН сигналов для различного времени анализа, позволяющие реализовать прием ПМН сигналов с учетом информационной связи между символами;
определены параметры ПМН сигналов, применение которых в радиосистемах позволяет достигнуть максимальной энергетической эффективности;
разработаны методы поляризационно-временной обработки ПМН сигналов с флюктуирующими параметрами и на фоне нефлюктуационных помех;
предложена схема формирования ПМН сигнала (патент №2351072);
разработана методика компьютерного моделирования полученных алгоритмов приема ПМН сигналов.
Апробация. Основные положения диссертации докладывались на следующих научных конференциях: 5-ая международная конференция «Авиация и космонавтика - 2006» (Москва, МАИ, 2006 г.); МНТК «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (Москва, МГТУ ГА,
г.); Международная молодежная научная конференция «XXXIII Гагаринские чтения» (Москва, МАТИ, 2007 г.); VI МНТК «Чкаловские чтения» (Егорьевск, ЕАТК ГА, 2007 г.); МНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании» ( Рязань, РГРТУ, 2007 г.); Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, Политехнический институт СФУ, 2007 г.); 6-ая международная конференция «Авиация и космонавтика - 2007» (Москва, МАИ,
г.); INTERMATIC-2007 МНТК «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» 23-27 октября 2007г. (Москва, МИРЭА, 2007 г.); Информационные технологии в авиационной и космической технике - 2008 (Москва, МАИ, 2008 г.); МНТК, посвященная 85-летию гражданской авиации России «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (Москва, МГТУ ГА, 2008 г.); МНТК «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества» (Москва, МГТУ ГА, 2011г.).
Внедрение результатов работы. Полученные при выполнении диссертационной работы результаты нашли отражение в отчетах по трем НИР МГТУ ГА и использованы в НИР ФГУП «ЦНИИ Комета» и ФГУП ГосНИИ «Аэронавигация», внедрены в учебный процесс МГТУ ГА, что подтверждается соответствующими актами внедрения.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, включая тезисы докладов, шесть статей - в изданиях, включенных в перечень ВАК. Получен один патент.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы, включающего 108 наименований и приложение. Общий объем диссертации составляет 162 страницы текста, включая 49 рисунков, 2 таблицы.
Похожие диссертации на Методы приема поляризационно-манипулированных сигналов с непрерывным изменением параметров поляризации
