Содержание к диссертации
Содержание 2
Список сокращений 4
Введение 5
Глава 1. Задачи панорамного обзора и методы их решения 9
Панорамный обзор и его назначение 9
Модель наблюдаемой выборки 12
Задача подавления внеполосных помех при панорамном обзоре 15
Задача стабилизации вероятности ложной тревоги при априорной неопределенности мощности шума 19
Задача обнаружения сигнала априорно неопределенной формы при наличии внеполосных помех 22
Задача обнаружения сигнала с ППРЧ 23
Выводы 26
Глава 2. Разработка и исследование метода подавления внеполосных помех при панорамном
приеме в широком диапазоне частот 27
2.1. Разработка метода подавления внеполосных помех в задаче обнаружения
гармонического сигнала 27
Алгоритм обнаружения сигнала с неизвестной амплитудой и начальной фазой на фоне гауссовского шума с известной мощностью 28
Алгоритм обнаружения сигнала на фоне гауссовского шума и внеполосных помех с неопределенными параметрами 33
2.2. Определение базиса для пространства помех 40
2.2.1. Случай априорной неопределенности расположения частот
мешающих сигналов 41
2.2.2. Случай расположения частот мешающих сигналов с одной стороны от частоты
полезного сигнала 46
2.2.3. Адаптивный алгоритм подавления помех '. 49
Выводы 51
Глава 3. Разработка и исследование интервального алгоритма обнаружения сигналов при
панорамном приеме в широком диапазоне частот 54
3.1. Алгоритм обнаружения сигнала априорно неопределенной формы при наличии
внеполосных помех 54
Определение базиса для пространства помех при обнаружении в интервале 58
Исследование алгоритма обнаружения сигнала априорно неопределенной формы по модельным сигналам 66
Исследование алгоритма обнаружения сигнала априорно неопределенной формы по записям реальных сигналов 73
Панорамный обзор с применением интервального алгоритма обнаружения 16
Алгоритм панорамного обзора 76
Алгоритм оценивания ширины спектра сигнала 79
Описание разработанной программы панорамного обзора 80
Выводы 81
Глава 4. Разработка и исследование алгоритма обнаружения сигнала с ППРЧ 84
Описание сигналов с ППРЧ 84
Обзор опубликованных методов обнаружения сигналов с ППРЧ 88
Алгоритм обнаружения посылки сигнала с ППРЧ на фоне мешающих сигналов 95
Исследование алгоритма обнаружения посылки сигнала с ППРЧ на фоне мешающих сигналов 108
Алгоритм обнаружения целого кадра сигнала с ППРЧ 116
Исследование алгоритма обнаружения сигнала с ППРЧ на фоне реальных сигналов и шума 120
4.7. Сведение сигнала с ППРЧ и ОБП на фиксированную частоту 126
Выводы 127
Заключение 131
Список литературы 135
Список сокращений
ПСП - псевдослучайная последовательность
ППРЧ - псевдослучайная перестройка рабочей частоты
KB - коротковолновый
ПРВ - плотность распределения вероятности
ДПФ - дискретное преобразование Фурье
МИ - максимальный инвариант
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
АКФ - автокорреляционная функция
АМ-ОБП - амплитудная модуляция с одной боковой полосой
РИМ - равномерно наиболее мощный
Введение к работе
В настоящее время при решении таких задач как контроль за радиоэлектронными средствами, с целью обеспечения электромагнитной совместимости различных средств связи, контроль радиообстановки при проведении контртеррористических операций, получение информации об источниках радиоизлучений широко применяют автоматизированный радиомониторинг, одной из основных составляющих которого является панорамный обзор широкой полосы частот [22].
Панорамный обзор заключает в себе постоянное или периодическое наблюдение за радиоэфиром в широком диапазоне частот с целью получения информации о работающих источниках радиоизлучений, определения типа передач, их основных характеристик, демодуляции/декодирования передаваемой информации.
В последние годы наблюдается существенное усложнение радиоэлектронной обстановки [28], которое связано со следующими факторами:
увеличением числа штатных телевизионных и радиовещательных передатчиков, введением и последующей модернизацией сотовых систем связи, интенсификацией их использования;
постоянным повышением верхней границы рабочего диапазона радиоэлектронных средств, связанным с развитием современных технологий;
использованием различных типов радиосигналов - узкополосных с фиксированным распределением частот или с динамическим частотно-временным распределением излучений и широкополосных с кодовым разделением абонентов;
общей тенденцией повышения мощности передатчиков, продиктованной стремлением к увеличению их дальности действия, приводящей к повышению уровня непреднамеренных помех;
- увеличением количества нелицензированных источников радиоизлучения с
различными уровнями мощности и большим числом паразитных излучений, не
соответствующим допустимым нормам [38].
Существующий опыт использования на практике традиционных алгоритмов панорамного обзора широкой полосы частот показывает недостаточную устойчивость их показателей качества в таких тяжелых условиях, которые характеризуются высокой степенью априорной неопределенности.
В широком частотном диапазоне одновременно на разных частотах существуют источники радиоизлучений, которые по мощности отличаются друг от друга на порядки.
Поэтому при обнаружении слабых сигналов в широкой полосе необходимо производить подавление внеполосных помех.
Традиционно для подавления внеполосных помех применяются временные окна. В этом случае перед расчетом дискретного преобразования Фурье (ДПФ) наблюдаемая выборка умножается на оконную функцию, которая должна спадать к краям сегмента, что приводит к уменьшению внеполосных помех.
Одним из основных недостатков оконных методов является невозможность адаптации к существующей помеховой обстановке. При использовании окна внеполосные помехи от слабых сигналов подавляются в той же степени как и от очень мощных сигналов, более того оконный метод не дает возможности учесть расположение мешающих сигналов относительно полезного. По этой причине происходят энергетические потери по полезному сигналу, которых можно было бы избежать при использовании избирательного подавления.
Так, если частота мешающего сигнала расположена на значительном расстоянии от частоты полезного сигнала, то подавление его внеполосной помехи могло бы быть ниже, чем подавление внеполосной помехи от близко расположенного сигнала, аналогично для сигналов различного уровня можно применять разное подавление.
В связи с этим разработка метода, который позволяет проводить адаптивное подавление внеполосных помех и за счет этого снижать энергетические потери по полезному сигналу и повышать вероятность обнаружения полезного сигнала является актуальной и востребованной задачей.
В большинстве современных комплексов радиомониторинга обнаружение сигналов производится автоматически, без участия оператора. Традиционно при панорамном приеме используется точечный алгоритм обнаружения, который принимает решение на основе анализа одного спектрального коэффициента. Характеристика обнаружения такого алгоритма резко ухудшается при расширении спектра сигнала за счет модуляции. Возникает ситуация когда в автоматическом режиме слабые сигналы с широким спектром пропускаются, в то время как сигналы с узким спектром той же мощности обнаруживаются.
Таким образом, можно утверждать, что для увеличения эффективности панорамного обзора следует использовать алгоритмы обнаружения, показатели качества которых не зависят от формы сигнала, поэтому разработка алгоритма обнаружения сигнала априорно неопределенной формы при наличии помех является актуальной и рассматривается в диссертационной работе.
В настоящее время в радиотехнических системах передачи информации помимо традиционных узкополосных сигналов все чаще используются сложные сигналы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).
Высокая скрытность и помехозащищенность режима ППРЧ определили его преобладающее использование в системах радиосвязи всех диапазонов частот. Так, в большой части выпускаемых и разрабатываемых средств KB радиосвязи и практически во всех средствах УКВ радиосвязи реализуется режим ППРЧ.
На основании анализа опубликованных методов обнаружения сигналов с ППРЧ можно заключить, что большинство известных на настоящий момент алгоритмов не предполагают возможности наличия в наблюдаемой выборке мешающих сигналов со стационарной несущей частотой. Учитывая, что сигналы с ППРЧ работают в широких полосах (для KB диапазона от 32 кГц до 1 МГц) это условие как правило не выполняется.
В ряде работ для устранения мешающих сигналов предлагают использовать пространственные параметры. Этот подход требует проведения оценок направления прихода сигналов и является достаточно сложным в реализации, поскольку не всегда имеется возможность использования антенной решетки.
Все вышесказанное обуславливает актуальность и необходимость поиска путей доступа к системам радиосвязи с ППРЧ. В связи с этим в диссертационной работе рассматривается задача синтеза алгоритма обнаружения сигнала с ППРЧ в сложной РЭО, который не требует оценивания направления прихода сигналов и легко реализуется в рамках существующей элементной базы.
Таким образом, актуальными задачами панорамного обзора являются: задача подавления внеполосных помех, задача обнаружения сигнала априорно неопределенной формы при наличии внеполосных помех и задача обнаружения сигнала с ППРЧ при наличии мешающих сигналов.
Целью настоящей работы является синтез и анализ эффективных и устойчивых алгоритмов для решения вышеперечисленных задач панорамного обзора. В качестве положений, выносимых на защиту, выступают основные результаты, полученные при решении этих задач.
Рассматриваемые в работе задачи решаются поэтапно, т. е. при решении последующей задачи используются результаты, полученные при решении предыдущей.
В первой главе работы описана процедура панорамного обзора, сформулированы рассматриваемые задачи и определены методы их решения.
Вторая глава содержит синтез метода подавления внеполосных помех. Показано, что применение разработанного метода, в отличие от традиционного, в ряде случаев позволяет снизить энергетические потери по полезному сигналу, обеспечивая при этом необходимое подавление внеполосных помех. В этой главе приведены результаты исследований разработанного метода по реальным сигналам, которые подтвердили выводы сделанные на основе модели.
В третьей главе разработан алгоритм обнаружения сигнала априорно неопределенной формы при наличии помех. При синтезе алгоритма для борьбы с внеполосными помехами был применен метод, полученный во второй главе. В третьей главе работы приведены исследования разработанного алгоритма по модельным сигналам и по записям реальных сигналов.
В четвертой главе с применением результатов второй и третьей глав разработан алгоритм обнаружения сигнала с ППРЧ при наличии мешающих сигналов. Проведено исследование полученного алгоритма по имитированному сигналу с ППРЧ, работающему на фоне реальных мешающих сигналов и шума.
В заключении подведены итоги и сформулированы основные результаты, полученные в работе.
