АДАПТИВНЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК G01S7/36 G01S7/292 G01S13/02 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в составе приемных радиолокационных, радионавигационных и радиосвязных устройств, функционирующих в условиях аддитивного воздействия нестационарного шума, при обнаружении слабых сигналов.

Известен адаптивный обнаружитель сигналов в шуме неизвестной интенсивности (Репин В.Г, Тартаковский Г. П. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптация информационных систем. - М.: Сов. Радио, 1977. - 432 с.; Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992. - 335 с.) состоящий из дискретизатора, корреляционного накопителя, квадратора, интегратора, усилителя, линии задержки, сумматора и порогового устройства. Недостатком известного адаптивного обнаружителя сигналов является то, что его принцип действия основан на использовании фильтрационной оценки дисперсии шума и при априорно не известных статистических характеристиках аддитивного шума его применение не эффективно, так как получение оценки дисперсии шума предполагает задержку поступающих данных.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения слабых сигналов на фоне аддитивных нестационарных шумов.

Сущность изобретения состоит в том, что к известному адаптивному обнаружителю сигналов, состоящему из дискретизатора, первого квадратора, интегратора, усилителя, сумматора, корреляционного накопителя, порогового устройства, причем выход дискретизатора соединен со входами первого квадратора и корреляционного накопителя, дополнительно подключены первый и второй перемножители, второй и третий квадраторы, формирователь порогового уровня, преобразователь, причем выход первого квадратора соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с последовательно соединенными интегратором, усилителем, выход которого соединен со входами формирователя порогового уровня и преобразователя, выход которого соединен со входом третьего квадратора и вторым входом второго перемножителя, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя, выход третьего квадратора соединен с первым входом второго перемножителя и со вторым входом сумматора, выход корреляционного накопителя соединен со входом второго квадратора, выход которого соединен с первым входом порогового устройства, выход формирователя порогового уровня соединен со вторым входом порогового устройства, выход которого является выходом обнаружителя.

На чертеже приведена блок-схема адаптивного обнаружителя сигналов. Адаптивный обнаружитель сигналов содержит последовательно соединенные дискретизатор 1, корреляционный накопитель (КН) 2, второй квадратор 3, пороговое устройство (ПУ) 4, выход которого является выходом обнаружителя, первый квадратор 5, вход которого подключен к выходу дискретизатора 1, первый перемножитель 6, первый вход которого подключен к выходу первого квадратора 5, сумматор 7, первый вход которого подключен к выходу первого перемножителя 6, интегратор 8, вход которого подключен к выходу сумматора 7, усилитель 9 с регулируемым коэффициентом усиления, вход которого подключен к выходу интегратора 8, а выход подключен ко входу формирователя порогового уровня 10, выход которого подключен ко второму регулирующему входу порогового устройства 4, преобразователь 11, вход которого подключен к выходу усилителя 9, третий квадратор 12, вход которого подключен к выходу преобразователя 11, а выход подключен ко второму вычитающему входу сумматора 7, второй перемножитель 13, первый вход которого подключен к выходу третьего квадратора 12, второй вход - к выходу преобразователя 11, а выход - ко второму входу первого перемножителя 6.

Оценка дисперсии шума , необходимая для установки уровня срабатывания ПУ, формируется с использованием критерия, основанного на минимизации среднего значения функционала

где - функционал качества функции вида

р(х) - одномерная плотность распределения вероятностей (ПРВ) мгновенных значений шума.

В условиях аддитивного воздействия нестационарного шума и отсутствия априорных данных усреднение по ансамблю заменяется усреднением по времени

где - вектор неизвестных адаптируемых параметров; - вектор коэффициентов, обеспечивающих сходимость алгоритма. Решением уравнения адаптации

должна быть функция (2), следовательно

где
При этом уравнение адаптации (3) преобразуется к виду

При нормальной ПРВ шума с нулевым средним значением имеем
Z(x)=x/D,

Таким образом, в заявляемом обнаружителе вычисляется текущая оценка дисперсии аддитивного шума, необходимая для формирования порогового уровня.

Адаптивный обнаружитель работает следующим образом. На вход дискретизатора 1 подается аддитивная смесь полезного сигнала и шума
x(t)=s(t)+n(t),
где s(t) - полезный сигнал; n(t) - шум.

На выходе дискретизатора 1 формируется последовательность
x_i =s_i+n_i,
где x_i=x(t_i); s_i=s(t_i); t_i=iΔt; i=1...N; N - объем выборки; Δt=1/Δf; Δf - полоса пропускания линейного тракта приемника, согласованная с шириной спектра сигнала s(t).

С выхода дискретизатора 1 последовательность x_i подается на КН 2, реализующий операцию вида . Результат накопления поступает через второй квадратор 3 на первый информационный вход ПУ 4. На второй регулирующий вход ПУ 4 с выхода формирователя порогового уровня 10 подаются отсчеты величины пропорциональной текущей оценке дисперсии шума , которая формируется следующим образом: с выхода дискретизатора 1 отсчеты x_i подаются на вход первого квадратора 5, где формируются отсчеты х_i ², которые подаются на первый вход первого перемножителя 6. Второй вход первого перемножителя 6 соединен петлей обратной связи с выходом усилителя 9 с регулируемым коэффициентом усиления Г_i, который должен удовлетворять следующим соотношениям:

и изменяться в сторону уменьшения, но не настолько быстро, чтобы процесс адаптации остановился в точке, где функционал адаптации отличен от минимума. В петле обратной связи отсчеты оценки дисперсии шума , получаемые на выходе усилителя 9, подаются на преобразователь 11, формирующий отсчеты , которые поступают на вход третьего квадратора 12, формирующего отсчеты и первый вход второго перемножителя 13, формирующего отсчеты . Отсчеты подаются на второй вычитающий вход сумматора 7, а отсчеты подаются на второй вход первого перемножителя 6, замыкая тем самым петлю обратной связи. С выхода первого перемножителя 6 отсчеты величины подаются на первый вход сумматора 7, на второй вычитающий вход которого подаются отсчеты величины . В результате на выходе сумматора 7 формируются отсчеты величины которые подаются на накопитель 8, реализующий операцию вида . Полученные в накопителе 8 отсчеты усиливаются в усилителе 9 с коэффициентом усиления Г_i, формируя тем самым отсчеты текущей оценки дисперсии шума . Порог принятия решения в ПУ 4 определяется текущей оценкой дисперсии шума и постоянным коэффициентом пропорциональности, задаваемым величиной ложной тревоги.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что корреляционные накопители в сочетании с пороговыми устройствами с регулируемым уровнем срабатывания широко известны. Однако их применение в сочетании с предлагаемым в заявляемом обнаружителе способом получения текущей оценки дисперсии шума позволяет получить новые свойства, что приводит к повышению эффективности обнаружения слабых сигналов на основе когерентного накопления в условиях аддитивного воздействия нестационарного шума с неизвестными статистическими характеристиками.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в составе приемных радиолокационных, радионавигационных и радиосвязных устройств, функционирующих в условиях аддитивного воздействия нестационарного шума, при обнаружении слабых сигналов. Адаптивный обнаружитель сигналов содержит дискретизатор 1, корреляционный накопитель 2, второй квадратор 3, пороговое устройство 4, первый квадратор 5, первый перемножитель 6, сумматор 7, интегратор 8, усилитель 9, формирователь порогового уровня 10, преобразователь 11, третий квадратор 12, второй перемножитель 13. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение эффективности обнаружения слабых сигналов на фоне аддитивных нестационарных шумов. 1 ил.

Адаптивный обнаружитель сигналов, содержащий дискретизатор, первый квадратор, интегратор, усилитель, сумматор, корреляционный накопитель, пороговое устройство, причем выход дискретизатора соединен со входами первого квадратора и корреляционного накопителя, отличающийся тем, что к нему дополнительно подключены первый и второй перемножители, второй и третий квадраторы, формирователь порогового уровня, преобразователь, причем выход первого квадратора соединен с первым входом первого перемножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с последовательно соединенными интегратором и усилителем, выход которого соединен со входами формирователя порогового уровня и преобразователя, выход которого соединен со входом третьего квадратора и вторым входом второго перемножителя, выход которого соединен со вторым входом первого перемножителя, выход третьего квадратора соединен с первым входом второго перемножителя и вторым входом сумматора, выход корреляционного накопителя соединен со входом второго квадратора, выход которого соединен с первым входом порогового устройства, выход формирователя порогового уровня соединен со вторым входом порогового устройства, выход которого является выходом обнаружителя.