Способ автоматического обнаружения сигналов



Способ автоматического обнаружения сигналов
Способ автоматического обнаружения сигналов
Способ автоматического обнаружения сигналов
Способ автоматического обнаружения сигналов
Способ автоматического обнаружения сигналов
Способ автоматического обнаружения сигналов
Способ автоматического обнаружения сигналов

 

H03M1/08 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)

Владельцы патента RU 2473169:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к способам обнаружения радиосигналов (PC). Техническим результатом является расширение функциональных возможностей в части обеспечения обнаружения одиночных PC в условиях априорной неопределенности о времени их излучения без предварительного определения значения порога принятия решения. Способ заключается в том, что принимают аналоговый PC, оцифровывают и формируют его спектральное представление. Причем при формировании спектрального представления оцифрованный PC предварительно делят на равные фрагменты, над которыми независимо друг от друга выполняют преобразование Фурье. А для расчета параметров спектрального представления компоненты преобразования Фурье каждого из фрагментов делят на две равные части и вычисляют сумму значений компонент каждой из частей. После чего вычисленные суммы частей сравнивают между собой. Решение о факте обнаружения PC принимают, если, по крайней мере, в одной из пар частей разница вычисленных сумм превысит предварительно заданное значение, которое выбирают в пределах (9-15%) от величины суммы значений компонент наибольшей из частей каждого из фрагмента. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно - к способам обнаружения радиосигналов в условиях априорной неопределенности о времени их излучения, и может быть использовано в системах радиоконтроля, работающих в условиях аддитивных шумов высокой интенсивности.

Известен способ обнаружения сигналов, реализованный в обнаружителях, описанных в книге Левина Б.Р. Теоретические основы статистической электротехники М: Сов. радио, 1968, с.345-346, рис.26. Способ основан на нелинейной обработке входной реализации z(t) и заключается в следующем. Входную реализацию раскладывают на квадратурные составляющие, которые затем фильтруют с помощью двух фильтров, согласованных с составляющими сигнала. Затем формируют суммы и разности входных значений в каждой группе фильтров, которые подвергают двухполупериодному квадратичному детектированию. Результаты детектирования суммируют и сравнивают с пороговым уровнем. Решение об обнаружении сигнала принимают в случае превышения суммы про детектированных величин порогового уровня.

Недостатком способа-аналога является то, что он приемлем только в случаях обнаружения сигналов с известными параметрами.

Известен способ обнаружения узкополосных сигналов, реализованный в обнаружителе сигналов по патенту RU №2110150 C1 6 H04B 1/10, G01S 7/292 от 23.01.97 г.

В известном способе принимают аналоговый сигнал z(t), оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала zi, для чего формируют цифрованный сигнал zi-1, сдвинутый относительно zi на один такт, после этого вычисляют коэффициент корреляции K. Затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала S. После этого сравнивают рассчитанные параметры оцифрованного сигнала S с порогом принятия решения Rпор, который вычисляют, используя дополнительную информацию о математическом ожидании обнаруживаемого сигнала Мс, дисперсии шума и величине порогового значения h. Затем принимают решение о факте обнаружения сигнала, если Rпор<S.

Недостатком известного способа является узкая область применения, так как его реализация возможна только при известных параметрах шума и обнаруживаемых сигналов.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному является способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов, описанный в патенте РФ №2382495 от 20.02.2010 г.

В ближайшем аналоге принимают аналоговый сигнал z(t), оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования. Затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала zi, для чего формируют его спектральное представление Fj путем выполнения над ним преобразования Фурье. После этого рассчитывают пороговый уровень шума U путем вычисления удвоенного значения выборочного среднего компонент спектрального представления Fj. Оценивают уровни каждой из спектральных компонент из последовательности спектрального представления Fj путем их сравнения с вычисленным пороговым уровнем шума U. Затем формируют первую F1j и вторую F2j последовательности, соответственно из спектральных компонент Fj, превысивших пороговый уровень шума U и не превысивших его, затем раздельно суммируют компоненты, входящие в первую ΣF1 и вторую ΣF2 последовательности, после чего вычисляют соотношение R, как отношение найденных сумм R=ΣF1/ΣF2 и сравнивают с предварительно заданным пороговым значением Rпор в интервале 0,13-0,15. Решение о факте обнаружения сигнала принимают при условии, что R>Rпор.

Недостатком известного способа является относительно узкая область применения, так как он не позволяет достоверно обнаруживать одиночные сигналы в условиях априорной неопределенности о времени их излучения.

Целью заявленного технического решения является разработка способа, расширяющего область его применения для одиночных радиосигналов в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в аддитивных шумах высокой интенсивности без предварительного определения значение параметра Rпор.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе автоматического обнаружения сигналов принимают аналоговый сигнал z(t), оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, формируют спектральное представление Fj оцифрованного сигнала zi, затем рассчитывают параметры спектрального представления, оценивают их и по результатам оценки принимают решение о факте обнаружения сигнала. При формировании спектрального представления Fj оцифрованный сигнал zi предварительно делят на N равных фрагментов, над которыми независимо друг от друга выполняют преобразование Фурье {F1j,F2j,…,FNj}, а для расчета параметров спектрального представления Sj компоненты преобразования Фурье каждого из N фрагментов делят на две равные части и вычисляют сумму значений компонент каждой из частей, после чего вычисленные суммы частей сравнивают между собой, причем решение о факте обнаружения сигнала принимают, если, по крайней мере, в одной из пар частей разница вычисленных сумм превысит предварительно заданное значение G. Значение G выбирают в пределах (9-15%) от величины суммы значений компонент наибольшей из частей каждого из фрагмента. Длительность фрагмента, на который разбивают принятый аналоговый сигнал, выбирают равным длительности обнаруживаемого сигнала.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, заключающихся в предварительном разбиении принятого аналогового сигнала на фрагменты, равные длительности обнаруживаемого сигнала, над которыми независимо друг от друга выполняют преобразование Фурье, делении на две равные части и вычислении сумм значений спектральных компонент каждой из частей фрагмента, сравнении между собой значений вычисленных сумм, в заявленном способе обеспечивается обнаружение одиночных радиосигналов в условиях априорной неопределенности о времени их излучения без предварительного определения значения параметра Rпор, что и указывает на расширение области применения заявленного способа и возможности его использования в системах радиоконтроля, работающих в условиях аддитивных шумов высокой интенсивности.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг.1. Выборка в 128 дискретных отсчета сигнала zi без шумов, значительно превышающая временной интервал существования полезного сигнала si длительностью 16 отчетов (с 44 отсчета по 55);

фиг.2. Спектральное представление Fj (64 спектральных отсчета) выборки сигнала zi без шумов длительностью 128 дискретных отсчета;

фиг.3. Спектральное представление Fj (64 спектральных отсчета) выборки сигнала zi в шумах длительностью 128 дискретных отсчета, при отношении мощности полезного сигнала si к мощности шума xi (ОСШ=1 дБ на длине обрабатываемой выборки zi;

фиг.4. Спектральное представление F1j фрагмента z1(t) на длительности существования полезного сигнала s(t) (16 дискретных отсчетов), полученное из выборки сигнала в шумах z(t)=s(t)+x(t) (128 отсчетов) при ОСШ=1 дБ;

фиг.5. Реализация принятого аналогового сигнала z(t) на длительности, соответствующей 128 дискретным отсчетам;

фиг.6. Выборка в 128 дискретных отчетов zi принятого аналогового сигнала z(t);

фиг.7. Спектральное представление F2j фрагмента z2(t) на длительности существования полезного сигнала s(t) (16 дискретных отсчетов), полученное из выборки сигнала в шумах z(t)=x(t) (128 отсчетов) при ОСШ=1 дБ;

Существующая проблема автоматического обнаружения одиночных радиосигналов состоит в том, что при отсутствии априорных знаний о времени их излучения (значениях координат на оси времени), обработке подвергают выборки, значительно превышающие по длительности время существования обнаруживаемых полезных радиосигналов.

В условиях отсутствия шумов x(t) принять решение о наличии полезного сигнала s(t) в обрабатываемой выборке z(t) (z(t)=s(t)) не предоставляет трудностей. В качестве примера на фиг.1 представлена выборка дискретных отсчетов zi=si, значительно превышающая временной интервал существования полезного сигнала si. На фиг.2 изображено спектральное представление Fj оцифрованного сигнала zi=si. Поскольку форма и положение спектральных компонент Fj на оси частот зависит только от длительности временного интервала существования полезного сигнала s(t) и не зависит от его расположения на оси времени, то в отсутствие шумов x(t) решение о наличии полезного сигнала s(t) в обрабатываемой выборке z(t) можно принимать по наличию доминирующих составляющих в правой части спектрального представления Fj.

В условиях аддитивных шумов высокой интенсивности x(t) в обрабатываемой выборке z(t) (z(t)=s(t)+x(t)), значительно превышающей время существования полезного сигнала s(t), принятие решения о его наличии связано с существенными трудностями, поскольку в спектральном представлении Fj выборки z(t) компоненты, соответствующие полезному сигналу s(t), не являются ярко выраженными на общем фоне спектрального представления Fj. В качестве примера на фиг.3 изображено спектральное представление Fj оцифрованного сигнала zi=si+xi при ОСШ=1 дБ.

Если же указанным образом обрабатывать фрагмент z1(t) выборки z(t)=s(t)+x(t), длительность которого равна времени существования полезного сигнала s(t), то в спектральном представлении фрагмента F1j мощность шума x(t) будут определять только те его дискретные отсчеты, которые лежат в пределах временных границ существования полезного сигнала s(t). А поскольку в общем случае длительность выборки z(t) значительно (в несколько раз) превышает длительность фрагмента z1(t), то и результирующее значение ОСШ в спектральном представлении фрагмента F1j будет выше по отношению к спектральному представлению Fj. Данный результат обусловлен тем, что спектральная плотность мощности шума равномерно распределена по всему частотному диапазону, в то время как у сигнала она сосредоточена в области его значимых частот. Следовательно, уменьшение длительности обрабатываемой выборки z(t), до величины фрагмента z1(t), в пределах которого существует полезный сигнал s(t), позволяет снизить спектральную плотность мощности шума в спектральном представлении фрагмента F1j, и тем самым обеспечить контрастность спектральных составляющих полезного сигнала s(t) на фоне спектральных компонент шума x(t). В качестве примера на фиг.4 изображено спектральное представление F1j фрагмента z1(t) на длительности существования полезного сигнала s(t), полученное из выборки z(t)=s(t)+x(t) при ОСШ=1 дБ.

Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.

Принимают реализацию в виде аналогового сигнала z(t), например с тракта промежуточной или низкой частоты радиоприемного устройства. Операция приема аналоговых сигналов известна и описана, например, в способе обнаружения узкополосных сигналов по патенту RU №2110150 C1 6 H04B 1/10, G01S 7/292 от 23.01.97 г. На фиг.5 показана реализация принятого аналогового сигнала z(t).

Затем принятый аналоговый сигнал z(t) оцифровывают, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования, кодирования. Указанные операции известны и описаны, например, в способе автоматического обнаружения узкополосных сигналов по патенту РФ №2382495 от 20.02.2010 г. На фиг.6 показана выборка оцифрованных отсчетов zi принятого аналогового сигнала z(t).

После этого формируют спектральное представление Fj оцифрованного сигнала zi, для чего оцифрованный сигнал zi предварительно делят на N фрагментов, каждый из которых берут равным длительности обнаруживаемого полезного сигнала s(t), и над каждым из фрагментов независимо друг от друга выполняют преобразование Фурье {F1j,F2j,…,FNj}. Операции преобразования Фурье известны и описаны, например, в способе автоматического обнаружения узкополосных сигналов по патенту РФ №2382495 от 20.02.2010 г. На фиг.6 показан пример деления выборки сигнала zi на N фрагментов. Длительность каждого из фрагментов zni, где n=1, …, N, соответствует длительности существования обнаруживаемого сигнала si.

Затем рассчитывают параметры спектрального представления Sj каждого из N фрагментов оцифрованного сигнала zi. Для этого компоненты преобразования Фурье каждого из N фрагментов делят пополам на две части и вычисляют сумму значений компонент каждой из частей. На фиг.4 показан пример деления спектрального представления оцифрованного сигнала Sj на две равные части. В результате каждый из N фрагментов будет иметь два параметра его спектрального представления 1Sj (состоит из спектральных компонент первой части) и 2Sj (состоит из спектральных компонент второй части), которые вычисляются согласно следующим выражениям:

где n=1…N - порядковый номер фрагмента, N - число фрагментов разбиения оцифрованного сигнала zi; j=1…J - порядковый номер компоненты спектрального представления n-го фрагмента оцифрованного сигнала zi, J - число спектральных компонент, для процедур быстрого преобразования Фурье I/2, где I - количество временных отсчетов оцифрованного сигнала zi.

После чего независимо для каждого из N фрагментов {F1j,F2j,…,FNj} оцифрованного сигнала zi вычисленные параметры спектрального представления 1Sj и 2Sj сравнивают между собой и принимают решение о наличии полезного сигнала s(t) в обрабатываемой выборке z(t), если разница между параметрами спектрального представления 1Sj и 2Sj хотя бы одного из N фрагментов {F1j,F2j,…,FNj} превысит значение G.

Значение разницы параметров спектрального представления 1Sj и 2Sj, равное G, находится в диапазоне от (9-15%) и выше величины наибольшей из сумм значений компонент частей каждого из фрагментов. Величина диапазона значений G получена в ходе проведения эксперимента. Эксперимент проводился для спектральных представлений фрагментов сигналов длительностью 8 спектральных отсчета. При этом фрагмент z(t) длительностью 16 отсчетов выбирался из входного сигнала z(t) длительностью 128 отсчетов (длительность полезного сигнала s(t) 16 отсчетов) при ОСШ=1 дБ на длительности z(t). В качестве примера на фиг.7 показаны спектральные компоненты F2j фрагмента z2i, не содержащего обнаруживаемый сигнал si. Для фрагмента F2j оценка параметров спектрального представления 1S2j и 2S2j, рассчитанных в соответствии с формулой (1), показывает, что их разница не превышает значения G. Следовательно, фрагмент z2i не содержит полезный обнаруживаемый сигнал si. Эксперимент проводился в соответствии с требованиями получения статистических оценок [Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. Пер. с англ. - М.: Наука, 1977, стр.638-643]. Если обрабатываемый фрагмент содержит только шум z1(t)=x(t), то в его спектральном представлении F1j компоненты будут иметь примерно равные амплитудные значения. Это определяется спектральным свойством шума, согласно которому его спектральные компоненты распределяются на частотной оси по нормальному закону (см. фиг.4 и фиг.7).

Таким образом, благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе, заключающихся в различии свойств локализации спектральных компонент шума и полезного сигнала в выделенном фрагменте по отношению к принятой реализации, обеспечивается обнаружение одиночных радиосигналов в условиях априорной неопределенности о времени их излучения без предварительного определения значения параметра Rпор, что и указывает на расширение области применения заявленного способа и возможности его использования в системах радиоконтроля, работающих в условиях аддитивных шумов высокой интенсивности.

1. Способ автоматического обнаружения сигналов, заключающийся в том, что принимают аналоговый сигнал z(t), оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, формируют спектральное представление Fj оцифрованного сигнала zi, затем рассчитывают параметры спектрального представления Sj, оценивают их и по результатам оценки принимают решение о факте обнаружения сигнала, отличающийся тем, что при формировании спектрального представления Fj оцифрованный сигнал zi предварительно делят на N равных фрагментов, над которыми независимо друг от друга выполняют преобразование Фурье {F1j,F2j,…,FNj}, а для расчета параметров спектрального представления Sj компоненты преобразования Фурье каждого из N фрагментов делят на две равные части и вычисляют сумму значений компонент каждой из частей, после чего вычисленные суммы частей сравнивают между собой, причем решение о факте обнаружения сигнала принимают, если, по крайней мере, в одной из пар частей разница вычисленных сумм превысит предварительно заданное значение G.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение G выбирают в пределах 9-15% от величины суммы значений компонент наибольшей из частей каждого из фрагмента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность фрагмента, на который разбивают принятый аналоговый сигнал, выбирают равную длительности обнаруживаемого сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптических способов измерения физических величин с использованием волоконных интерферометров. .

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано при передаче дискретной информации аналоговыми сигналами по каналам, в которых применяется амплитудная модуляция с подавленной несущей, а данные представлены в виде взаимно ортогональных фазоманипулированных синусоидальных сигналов или наборов таких сигналов.

Изобретение относится к области приема цифровых сигналов, передаваемых методом относительной фазовой модуляции (ОФМ), и может быть использовано для построения устройств демодуляции.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для приема цифровых сигналов с относительной фазовой модуляцией (ОФМ). .

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к демодуляторам радиоприемных устройств, применяемым на линиях многоканальной цифровой связи и в сетях множественного доступа, а также может быть использовано в области цифрового радиовещания и цифрового телевидения.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для демодуляции частотно-манипулированных (ЧМ) сигналов. .

Изобретение относится к области радиотехники, к технике создания искусственных радиопомех и может быть использовано для избирательного радиоподавления источников излучения.

Изобретение относится к области приема сигналов. .

Изобретение относится к устройствам демодуляции сигналов с двухкратной фазовой модуляцией (ФМ) и может использоваться в системах связи различного назначения. .

Изобретение относится к многоканальным системам преобразования и передачи информации с уплотнением по времени и может быть использовано в измерительной технике и устройствах связи.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи и обработки информации. .

Изобретение относится к процессору сигналов с масштабированным аналоговым сигналом. .

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для связи аналоговых источников информации с цифровым вычислительным устройством.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматизации для преобразования аналогового сигнала в цифровой код. .

Изобретение относится к устройствам преобразования цифровых сигналов в аналоговые, входящим в состав систем обработки и управления сигналами. .

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, в частности к интегрирующему преобразованию постоянного напряжения. .
Изобретение относится к области автоматизированного моделирования гидроэнергетических объектов (ГЭО) и способам трехмерного моделирования. .
Наверх