Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм



Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм
Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм
Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм
Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм
Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм
Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм
Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм
Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм
Способ оценивания отношения сигнал/шум по результатам зондирования ионосферы сигналами с лчм

 


Владельцы патента RU 2535243:

Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") (RU)

Изобретение относится к области техники радиосвязи, конкретнее к оцениванию условий радиосвязи по результатам зондирования ионосферы сигналами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), и может быть использовано для построения технических средств ионосферно-волновой частотно-диспетчерской службы, входящей в состав системы радиосвязи. Задача изобретения в том, чтобы использовать результаты НЗ для оценивания отношения сигнал/шум в канале связи, учитывая особенности применяемого в нем конкретного связного сигнала. Поставленная задача достигается тем, что в способе оценивания отношения сигнал/шум в полосе ΔFC частот по данным ЛЧМ зондирования ионосферы, заключающемся в излучении передатчиком, имеющем мощность Pпрд з, непрерывного ЛЧМ сигнала и обработке его в приемнике, с помощью преобразователя осуществляют гетеродинирование принимаемого зондирующего ЛЧМ сигнала и его предварительную фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFпр/2 до ΔFпр/2, с помощью фильтра разностной частоты выполняют фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFфр/2, до ΔFфр/2, вычисляют быстрое преобразование Фурье (БПФ), дополнительно с помощью фильтра помехи выходной сигнал преобразователя подвергают фильтрации, с помощью устройства выравнивания выходные отсчеты фильтра разностной частоты совмещают по времени с выходными отсчетами фильтра помехи, а затем отсчеты с выходов устройства выравнивания и фильтра помехи подают на входы устройства оценивания и в нем вычисляют оценку отношения сигнал/шум для частоты fa анализа и k-го выхода БПФ по формуле

h k 2 ( f a ) = K п р д 2 m 0 N c 1 S c 0 2 ( f m f a ) m = 0 N c 1 S c 0 2 ( f m f a ) S з 2 ( f m ) S п р м з k 2 ( f m ) P п ( f a ) , где Kпрд с/Pпрд з; Pпрд с - мощность передатчика, излучающего связной сигнал; S c 0 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого связного сигнала; S з 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого зондирующего сигнала; S п р м з k 2 ( f ) - модуль энергетического спектра принимаемого зондирующего сигнала, вычисляемый по k-ому выходу вычислителя БПФ; Nc - количество составляющих в спектре излучаемого связного сигнала; fm - частота m-ой составляющей в спектре излучаемого связного сигнала; Pп(f) - мощность помехи на входе приемника, вычисляемая по выходному напряжению фильтра помехи. Достигаемым техническим результатом является то, что в процессе оценивания отношения сигнал/шум учитываются индивидуальные признаки канала связи в виде характеристик применяемого связного сигнала и тем самым повышается достоверность получаемой оценки. 2 ил.

 

Изобретение относится к области техники радиосвязи, конкретнее к оцениванию условий радиосвязи по результатам зондирования ионосферы сигналами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), и может быть использовано для построения технических средств ионосферно-волновой частотно-диспетчерской службы, входящей в состав системы радиосвязи.

Известно устройство, осуществляющее прием сигналов наклонного зондирования (НЗ) ионосферы и являющееся радиоприемным устройством сигналов с ЛЧМ [1].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ измерения отношения сигнал/шум в полосе частот приемника по данным ЛЧМ зондирования ионосферы, заключающийся в излучении передатчиком непрерывного линейно-частотно-модулированного сигнала с начальной частотой излучения f0 и скоростью изменения частоты □ и обработки его в приемнике методом сжатия в частотной области, отличающийся тем, что на выходе приемника полосовыми фильтрами разделяют сигнал разностной частоты A(t) и сигнал помехи Aш(t) и интегрируя квадраты сигналов A(t) и Aш(t) за время их нахождения в полосе частот приемника определяют средние мощности сигнала PA(t) и помехи Pш{t) на рабочей частоте f0=fp+□·t и находят значения отношения сигнал/шум S/N для произвольной рабочей частоты fp: ( S / N ) ( f p ) = P A ( f p f 0 f ˙ ) P ш ( f p f 0 f ˙ ) [ 2 ] .

Недостатком способа-прототипа является то, что находимое указанным способом отношение сигнал/шум имеет смысл применительно лишь к зондирующему сигналу и не может использоваться как характеристика канала при передаче связного сигнала (например, сигнала частотной телеграфии).

Задача изобретения в том, чтобы использовать результаты НЗ для оценивания отношения сигнал/шум в канале связи, учитывая особенности применяемого в нем конкретного связного сигнала.

Поставленная задача достигается тем, что в способе оценивания отношения сигнал/шум в полосе ΔFC частот по данным ЛЧМ зондирования ионосферы, заключающемся в излучении передатчиком, имеющем мощность Рпрд з, непрерывного ЛЧМ сигнала и обработке его в приемнике, с помощью преобразователя осуществляют гетеродинирование принимаемого зондирующего ЛЧМ сигнала и его предварительную фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFпр/2 до ΔFпр/2, с помощью фильтра разностной частоты выполняют фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFфр/2 до ΔFфр/2, вычисляют быстрое преобразование Фурье (БПФ), дополнительно с помощью фильтра помехи выходной сигнал преобразователя подвергают фильтрации, с помощью устройства выравнивания выходные отсчеты фильтра разностной частоты совмещают по времени с выходными отсчетами фильтра помехи, а затем отсчеты с выходов устройства выравнивания и фильтра помехи подают на входы устройства оценивания и в нем вычисляют оценку отношения сигнал/шум для частоты fa анализа и k-го выхода БПФ по формуле h k 2 ( f a ) = K п р д 2 m 0 N c 1 S c 0 2 ( f m f a ) m = 0 N c 1 S c 0 2 ( f m f a ) S з 2 ( f m ) S п р м з k 2 ( f m ) P п ( f a ) ,

где Kпрд с/Pпрд з; Pпрд с - мощность передатчика, излучающего связной сигнал; S c 0 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого связного сигнала; S з 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого зондирующего сигнала; S п р м з k 2 ( f ) - модуль энергетического спектра принимаемого зондирующего сигнала, вычисляемый по k-ому выходу вычислителя БПФ; Nc - количество составляющих в спектре излучаемого связного сигнала; fm - частота m-ой составляющей в спектре излучаемого связного сигнала; Pп(f) - мощность помехи на входе приемника, вычисляемая по выходному напряжению фильтра помехи.

Достигаемым техническим результатом является то, что в процессе оценивания отношения сигнал/шум учитываются индивидуальные признаки канала связи в виде характеристик применяемого связного сигнала и тем самым повышается достоверность получаемой оценки.

На фиг.1 представлена структурная схема приемника ЛЧМ сигналов, обеспечивающего осуществление предлагаемого способа, которая содержит преобразователь 1, фильтр разностной частоты 2, вычислитель БПФ 3, фильтр помехи 4, устройство выравнивания 5, устройство оценивания 6. Пример исполнения преобразователя 1 приведен на фиг.2.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Преобразователь 1 выполняет гетеродинирование принимаемого зондирующего ЛЧМ сигнала uз(t) и предварительную фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFпр/2 до ΔFпр/2. При этом напряжение u п р ' ( t ) после гетеродинирования формируется по следующему закону:

u п р ' ( t ) = { u з ( t ) u г ( t ) п р и t н г t t н г + Т г 0 п р и t < t н г и л и t > t н г + T г , ( 1 )

где u г ( t ) = U г exp ( j 2 π ( f н г ( t t н г ) + β г 2 ( t t н г ) 2 ) ) - напряжение, формируемое гетеродином преобразователя 1;

Uг - амплитуда напряжения на выходе гетеродина преобразователя 1;

T г = f к г f н г β г = t к г t н г - длительность работы гетеродина в рамках одного сеанса зондирования;

fнг - начальная рабочая частота гетеродина преобразователя 1;

tнг - начальный момент времени гетеродина преобразователя 1;

fкг - конечная рабочая частота гетеродина преобразователя 1;

tкг - конечный момент времени гетеродина преобразователя 1;

βг - скорость изменения рабочей частоты гетеродина преобразователя 1.

Фильтр разностной частоты 2 имеет частотную характеристику (ЧХ) Hфр(f) и выполняет полосовую фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFфр/2 до ΔFфр/2. По выходному сигналу uфр(t) вычисляется БПФ3. Вычисление БПФ производится с частотой Fд дискретизации на длине Nбпф, удовлетворяющей неравенству Nбпф≥J (где J - число рабочих отсчетов БПФ) (см. фиг.1) и с использованием скользящего окна, имеющего ЧХ HбПф(f).

Кроме того, выходной сигнал uпр(t) преобразователя подвергается фильтрации с помощью фильтра помехи 4, имеющего ЧХ Hфп(t), формирующего выходной сигнал uп(t) в виде импульса напряжения длительностью Тп и амплитудой Uп.

Например, в качестве фильтра помехи 4 может быть использоваться фильтр, имеющий ЧХ избирательного контура [3] или согласованного фильтра для радиоимпульса с частотно-модулированным заполнением [4]. В последнем случае можно считать, что длительность Тп≈1/(ΔFпр/2-(-ΔFпр/2))=1/ΔFпр и амплитуда U п U в х п U г Δ F п р β г (где Uп вх - амплитуда узкополосной помехи на входе приемника) [4].

Устройство выравнивания 5 представляет собой набор J параллельных линий задержки и обеспечивает совмещение по времени отсчетов uбпф0(t), …, uбпфJ-1(t) БПФ и отсчетов uп(t), полученных в результате обработки одного и того же отсчета uпр(t) с выхода преобразователя 1.

Далее, отсчеты u б п ф 0 ' ( t ) , , u б п ф J 1 ' ( t ) с выходов устройства выравнивания 5 и отсчеты uп(t) с выхода фильтра помехи 4 поступают на входы устройства оценивания 6. Применительно к связному сигналу, имеющему спектральную плотность Sc0(f) на нулевой центральной частоте при амплитуде, равной 1 B, устройство оценивания 6 формирует выходные отсчеты h k 2 (при k=0, …, J-1) оценки отношения сигнал/шум. Для сигнала, имеющего задержку τk распространения (где τ k = ( t н г t н з ) k F д β г N б п ф ; tнз - начальное время передатчика, излучающего зондирующий сигнал с ЛЧМ), оценка h k 2 ( f ) вычисляется по следующему правилу:

h k 2 ( f a ) = K п р д 2 m 0 N c 1 S c 0 2 ( f m f a ) m = 0 N c 1 S c 0 2 ( f m f a ) S з 2 ( f m ) S п р м з k 2 ( f m ) P п ( f a ) , ( 2 )

где fa=fнгГ(t-tнг) - частота анализа (центральная частота, для которой оценивается отношение сигнал/помеха);

t - момент времени получения отсчетов БПФ;

Кпрдпрд с/Pпрд з;

Рпрд с - мощность передатчика, излучающего связной сигнал;

Pпрд з - мощность передатчика, излучающего зондирующий сигнал с ЛЧМ;

S c 0 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого связного сигнала со спектральной плотностью Sc0(f) на нулевой центральной частоте и при амплитуде, равной 1 B;

S з 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого зондирующего сигнала со спектральной плотностью Sз(f) при амплитуде, равной 1 B;

S п р м з k 2 ( f ) - модуль энергетического спектра принимаемого зондирующего сигнала, соответствующий задержке τk распространения;

Nc - количество составляющих в спектре Sc0(f) излучаемого связного сигнала, занимающего полосу частот шириной ΔFC;

fm - частота m-ой составляющей в спектре Sc0(f) излучаемого связного сигнала (здесь fm∈[fa-ΔFc/2; fa+ΔFc/2], при m=0, 1, …, Nc-1);

Pп(fa) - мощность помехи на входе приемника на частоте fа анализа.

Спектральные характеристики связного Sc0(f) и зондирующего Sз(f) сигналов могут быть вычислены заранее исходя из известных вида модуляции связного сигнала и параметров Tз, Тг, fнг, tнг, βГ [3] и предварительно табулированы для получения максимального быстродействия вычислительных процедур.

Мощность Рп помехи на входе приемника на частоте fа анализа вычисляется в соответствии со следующим выражением:

P п ( f a ) = K п р | u п ( t a ) | 2 U г 2 , ( 3 )

где Кпр - коэффициент пропорциональности, который учитывает особенности преобразователя 1 и фильтра помехи 4 и, в самом простом случае, может быть определен опытным путем;

t a = f a f н г β г + t н г .

Модуль S п р м з k 2 ( f ) энергетического спектра зондирующего сигнала на входе приемника применительно к k-ому выходу вычислителя БПФ 3 определяется следующим соотношением:

S п р м з k 2 ( f a ) = | u б п ф k ' ( t a ) u п ' ( t a ) | 2 2 β г U г 2 K б п ф | H ф р ( k F д N б п ф ) | 2 | H б п ф ( 0 ) 2 | , п р и k = 0, , J 1, ( 4 )

где u п ' ( t a ) = K п P п ( f a ) - приведенное к выходу устройства выравнивания 5 напряжение помехи;

Кп - коэффициент пропорциональности для напряжения помехи, который учитывает особенности фильтра разностной частоты 2 и вычислителя БПФ 3 и, в самом простом случае, может быть определен опытным путем;

Кбпф - коэффициент пропорциональности для зондирующего сигнала, который учитывает особенности фильтра разностной частоты 2 и вычислителя БПФ 3 и, в самом простом случае, может быть определен опытным путем;

t a = f a f н г β г + t н г

Источники информации

1. Патронова Е.С., Свешников Ю.К., Сизиков В.Д., Богданов Г.В. Способ обработки сигналов наклонного ЛЧМ зондирования ионосферы // Техника радиосвязи. - 2007. - Вып.12.

2. 3. №2008138104, G01R 29/26, опубл. 27.03.2010.

3. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. 4.1. - М.: Сов. радио, 1967.

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. 4.2. - М.: Сов. радио, 1967.

Способ оценивания отношения сигнал/шум в полосе ΔFC частот по данным ЛЧМ зондирования ионосферы, заключающийся в излучении передатчиком, имеющем мощность Рпрд з, непрерывного ЛЧМ сигнала и обработке его в приемнике, отличающийся тем, что с помощью преобразователя осуществляют гетеродинирование принимаемого зондирующего ЛЧМ-сигнала и его предварительную фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFпр/2 до ΔFпр/2, с помощью фильтра разностной частоты выполняют фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFфр/2 до ΔFфр/2, вычисляют быстрое преобразование Фурье (БПФ), дополнительно с помощью фильтра помехи выходной сигнал преобразователя подвергают фильтрации, с помощью устройства выравнивания выходные отсчеты фильтра разностной частоты совмещают по времени с выходными отсчетами фильтра помехи, а затем отсчеты с выходов устройства выравнивания и фильтра помехи подают на входы устройства оценивания и в нем вычисляют оценку отношения сигнал/шум для частоты fa анализа и k-го выхода БПФ по формуле h k 2 ( f a ) = K п р д 2 m = 0 N c 1 S c 0 2 ( f m f a ) m = 0 N c 1 S c 0 2 ( f m f a ) S з 2 ( f m ) S п р м з k 2 ( f m ) P п ( f a ) ,
где Kпрд=Pпрд с/Pпрд з; Pпрд с - мощность передатчика, излучающего связной сигнал; S c 0 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого связного сигнала; S з 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого зондирующего сигнала; S п р м з k 2 ( f ) - модуль энергетического спектра принимаемого зондирующего сигнала, вычисляемый по k-ому выходу вычислителя БПФ; Nc - количество составляющих в спектре излучаемого связного сигнала; fm - частота m-ой составляющей в спектре излучаемого связного сигнала; Рп(f) - мощность помехи на входе приемника, вычисляемая по выходному напряжению фильтра помехи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосистемах, в которых осуществляется оценка текущей информации о помехово-сигнальной обстановке и уровне отношения сигнал/помеха в тракте промежуточной частоты с целью адаптации к ней различных параметров радиоприемных устройств.

Изобретение относится к измерительной технике на СВЧ. Устройство для измерения полного сопротивления и шумовых параметров двухполюсника на СВЧ, содержащее измеритель частотных характеристик и интегральную схему в составе центральной линии передачи, отрезка линии передачи, соединенного с центральной линией передачи, электрических ключей - полупроводниковых приборов, управляемых постоянными напряжениями, измеритель частотных характеристик соединен с одним концом центральной линии передачи, другой ее конец - с измеряемым двухполюсником.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения фактора шума микроканальной пластины. Способ включает снятие сигнала со всей площади люминесцентного экрана, который осуществляется в процессе изготовления МКП, регистрацию сигнала каждого импульса с выхода МКП, его усиление и подачу на многоканальный амплитудный анализатор импульсов.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит измерительную интегральную схему с перестраиваемыми параметрами, вход которой соединен с генератором шума посредством центрального проводника в виде отрезка линии передачи, выход которого соединен с входом измеряемого четырехполюсника, измеритель коэффициента шума.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит измерительную интегральную схему с элементами с перестраиваемыми параметрами, вход которой соединен с генератором шума отрезка линии передачи, выход которого соединен с входом измеряемого четырехполюсника, измеритель коэффициента шума.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и решает задачу выделения исследуемого сигнала из смеси с помехой. .

Изобретение относится к области радиоизмерений, а именно к измерению шумов полупроводниковых изделий, и может быть использовано для лабораторных и цеховых измерений параметра шума .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в адаптивных радиоприемных устройствах, адаптивных системах радиосвязи, адаптивных антенных системах, радиоприемных устройствах систем радиомониторинга и радиолокационных систем.

Изобретение относится к области гидроакустики и производит определение отношения сигнал/помеха при одновременном присутствии и сигнала, и помехи на входе приемного устройства.

Изобретение относится к системам передачи данных и может быть использовано в измерительной технике, для измерения среднего значения, дисперсии, средневыпрямленного значения, максимального значения и кажущейся частоты помехи, действующей в канале связи.

Изобретение относится к пассивной радиотеплолокации и может использоваться для измерения мощности шумовых сигналов в системах дистанционного зондирования различных природных сред, промышленности, медицинских технологиях. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей по оперативной настройке на различные диапазоны измерений с учетом неидеальностей входящих во входной блок СВЧ элементов. Для достижения этого технического результата в радиометр, содержащий микроконтроллер, антенну, направленный ответвитель, генератор шума, высокочастотный селектор, n выходов которого соединены с первыми входами n циркуляторов, вторые входы которых подключены к n согласованным нагрузкам, n последовательно соединенных приемников, предварительных усилителей низкой частоты, синхронных фильтров, усилителей низкой частоты, фильтров высоких частот, компараторов, вторые входы которых соединены с общей шиной радиометра, а выходы n компараторов соединены с n входами микроконтроллера, первый выход которого подключен к управляющему входу высокочастотного селектора, m выходов соединены с управляющими входами n синхронных фильтров, а второй выход микроконтроллера является выходом радиометра, причем направленный ответвитель, генератор шума, высокочастотный селектор, n циркуляторов и n согласованных нагрузок установлены на термостатированной плате и находятся с ней в тепловом контакте, введены установленные на термостатированной плате и находящиеся с ней в тепловом контакте n-1 генераторов шума, n-1 направленных ответвителей, n управляемых источников тока, выходы которых подключены к последовательно соединенным n генераторам шума и n направленным ответвителям, вторые входы n направленных ответвителей подключены к выходам n циркуляторов, а выходы n направленных ответвителей соединены с входами n приемников, первые входы управляемых источников тока объединены вместе и соединены с третьим выходом микроконтроллера, а их вторые входы подключены к k выходам микроконтроллера, антенна соединена с входом высокочастотного селектора. 5 ил.
Наверх