Способ оценки параметров сигнала и устройство для реализации способа (варианты)
Владельцы патента RU 2351005:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения" (RU)
Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в точной оценке несущей частоты сигнала. Способ оценки параметров сигналов включает спектральный анализ сигнала, выполняемый в два последовательных этапа, различающихся алгоритмами обработки сигнала и построением псевдоспектров сигнала на каждом этапе. На первом этапе выполняется вычисление и анализ собственных чисел и собственных векторов корреляционной матрицы сигнала. На втором этапе выполняется вычисление и анализ весовых коэффициентов, обратно пропорциональных соответствующим собственным числам корреляционной матрицы сигнала. Устройство оценки параметров сигнала включает совокупность блоков спектрального анализа сигналов, включающий блок построения псевдоспектра, а также аналого-цифровой преобразователь и блок оценки частоты сигнала. В другом варианте устройство включает совокупность блоков спектрального анализа сигналов, включающий блок построения псевдоспектра, блок вейвлет-разложения, аналого-цифровой преобразователь и блок оценки частоты сигнала. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к устройствам точной оценки несущей частоты, анализаторам спектра и т.п. Преимущественной областью предложенного изобретения являются системы радиоразведки устройств передачи информации при оценке первичных параметров сигнала.
Из патента RU 2261476 известен способ распознавания радиосигналов, включающий дискретизацию и последующий спектральный анализ сигнала, который реализуется на основе последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, блока вейвлет-разложения и совокупности блоков спектрального анализа сигналов. Использование описанной в патенте RU 2261476 системы распознавания сигналов позволяет повысить достоверность распознавания сигналов сложной структуры с сохранением необходимого частотного и временного разрешения и сократить длительность процесса распознавания сигнала.
Известное из патента RU 2261476 техническое решение не может быть эффективно использовано при проведении радиоразведки систем передачи информации для решения задач формирования целеуказания по несущей частоте, что необходимо для обеспечения захвата и синхронизации при демодуляции сигналов. В частности, известное техническое решение не сможет дать точную оценку сигнала при низком отношении сигнал-шум.
Предлагаемое изобретение позволит устранить указанный недостаток и позволит получить более острые пики на несущей частоте сигнала и, следовательно, получить более точную оценку параметров сигнала - точную оценку несущей частоты сигнала.
Предложенный технический результат достигается тем, что предложен способ оценки параметров сигналов, включающий дискретизацию и последующий спектральный анализ сигнала. Спектральный анализ сигнала выполняется в два последовательных этапа, различающихся алгоритмами обработки сигнала и построением псевдоспектров сигнала на каждом этапе. На первом этапе выполняется вычисление и анализ собственных чисел и собственных векторов корреляционной матрицы сигнала. На втором этапе выполняется вычисление и анализ весовых коэффициентов, обратно пропорциональных соответствующим собственным числам корреляционной матрицы сигнала.
Также технический результат, ожидаемый от использования предложенного технического решения, достигается тем, что предложено устройство оценки параметров сигнала, включающее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и совокупность блоков спектрального анализа сигналов. Совокупность блоков спектрального анализа сигналов включает блок построения псевдоспектра и блок оценки частоты сигнала. Вход блока построения псевдоспектра соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя. Вход блока оценки частоты сигнала соединен с выходом блока построения псевдоспектра, а выход является выходом устройства оценки параметров сигнала. В другом варианте исполнения устройство оценки параметров сигнала включает блок вейвлет-разложения, выход которого соединен с входом блока построения псевдоспектра.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами:
Фиг.1 - структурная схема устройства оценки параметров сигнала для алгоритма MUSIC и EV;
Фиг.2 - структурная схема устройства оценки параметров сигнала для алгоритма MUSIC и EV с использованием вейвлет-разложения.
В состав предлагаемого устройства входят последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 1, блок вейвлет-разложения 2, блок построения псевдоспектра 3 и блок оценки частоты принимаемого сигнала 4. При этом блок вейвлет-разложения 2 может как входить в состав схемы предложенного устройства, так и быть исключенным из его схемы.
При реализации предложенного технического решения полученный радиосигнал, поступивший на вход устройства, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 1. Далее сигнал проходит обработку в блоке построения псевдоспектра 3 и блоке оценки частоты принимаемого сигнала 4. При необходимости повышения точности распознавания сигнала после аналого-цифрового преобразователя сигнал может быть предварительно обработан в блоке вейвлет-разложения 2.
В блоке построения псевдоспектра 3 выполняется спектральный анализ сигнала. Обработка сигнала производится в соответствии с алгоритмом получения псевдоспектра - Multiple Signal Classification (MUSIC), основанным на анализе собственных чисел и собственных векторов корреляционной матрицы сигнала. Алгоритм получения псевдоспектра MUSIC выполняет спектральный анализ сигналов, представляющих собой сумму нескольких синусоид (нескольких комплексных экспонент в общем случае) и белого шума с получением на выходе псевдоспектра сигнала - частот и уровней (амплитуд или мощностей) гармонических составляющих сигнала. После обработки сигнала в блоке построения псевдоспектра 3 выполняется последняя стадия обработки сигнала в блоке оценки частоты принимаемого сигнала 4.
В блоке оценки частоты принимаемого сигнала 4 также выполняется спектральный анализ сигнала. Обработка сигнала производится в соответствии с алгоритмом анализа собственных векторов - Eigenvectors (EV), основанным на анализе собственных чисел и собственных векторов корреляционной матрицы сигнала. Обработка сигнала в соответствии с алгоритмом EV основана на использовании весовых коэффициентов, обратно пропорциональных собственным числам, то есть обработка сигнала основана на использовании в блоке оценки частоты 4 искусственной нейронной сети. Оценка частоты согласно алгоритму EV порождает меньше ложных спектральных пиков, чем аналогичная оценка согласно алгоритму MUSIC, и более точно передает форму спектра шума.
Для повышения точности распознавания сигнала - повышения точности оценки несущей частоты сигнала, а также для снижения вычислительных затрат при реализации алгоритма обработки сигнала после аналого-цифрового преобразователя 1 в блоке 2 предварительно выполняется вейвлет-разложение сигнала.
После блока построения псевдоспектра 3 и блока оценки частоты 4 на выходе устройства оценки параметров сигнала будут получены спектральные псевдооценки, позволяющие оценивать частоты синусоидальных или узкополосных составляющих сигнала с разрешением, превосходящим разрешение классических спектральных методов на основе быстрого преобразования Фурье. В результате благодаря последовательному использованию двух алгоритмов обработки спектрального анализа сигнала: MUSIC (блок построения псевдоспектра 3) и EV (блок оценки частоты сигнала 4) будут получены более острые пики на несущей частоте сигнала и, следовательно, более точная оценка несущей частоты сигнала.
Таким образом, предложенное техническое решение позволит получить достаточно точные и гладкие оценки формы спектра в окрестности несущей частоты и обеспечит точность оценки частоты спектра менее 10% при соотношении сигнал-шум q<0 дБ для любого типа исследуемого сигнала, что позволит использовать предложенное устройство оценки параметров сигнала в системах радиоразведки.
1. Способ оценки параметров сигнала, включающий дискретизацию и последующий спектральный анализ сигнала, отличающийся тем, что спектральный анализ сигнала выполняется последовательно в два этапа, на каждом из которых строятся псевдоспектры сигнала, при этом на первом этапе выполняется вычисление и анализ собственных чисел и собственных векторов корреляционной матрицы сигнала, а на втором этапе выполняется вычисление и анализ весовых коэффициентов обратно пропорциональных собственным числам корреляционной матрицы сигнала.
2. Устройство оценки параметров сигнала, включающее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и совокупность блоков спектрального анализа сигналов, отличающееся тем, что совокупность блоков спектрального анализа сигналов включает блок построения псевдоспектра, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, и блок оценки частоты сигнала, вход которого соединен с выходом блока построения псевдоспектра, а выход является выходом устройства оценки параметров сигнала.
3. Устройство оценки параметров сигнала, включающее последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок вейвлет-разложения и совокупность блоков спектрального анализа сигналов, отличающееся тем, что совокупность блоков спектрального анализа сигналов включает блок построения псевдоспектра, вход которого соединен с выходом блока вейвлет-разложения, и блок оценки частоты сигнала, вход которого соединен с выходом блока построения псевдоспектра, а выход является выходом устройства оценки параметров сигнала.
