СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ МНОЖЕСТВА УЗКОПОЛОСНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ В ШИРОКОЙ ПОЛОСЕ ЧАСТОТ Российский патент 2011 года по МПК G01R23/18 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в средствах радиосвязи для обнаружения кратковременных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более.

Известен способ выделения дискретных составляющих в спектре сигнала [патент РФ №2331893, МПК G01R 23/16. Способ выделения дискретных составляющих в спектре сигнала и устройство для его осуществления [Текст] / Гарин В.Ю., Овсянников В.Н., заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н.Крылова» - №2006138732/28, заявл. 02.11.2006, опубл. 20.08.2008.], включающий узкополосный спектральный анализ сигнала, формирование порогового уровня спектра, сглаживание спектра, формирование порога обнаружения как суммы спектральных составляющих сглаженного спектра с пороговым уровнем и выделение спектральных составляющих, превышающих порог обнаружения.

Недостатками данного способа является снижение вероятности правильного обнаружения (Р_ПО) при увеличении динамического диапазона амплитуд дискретных составляющих спектра в исследуемой полосе частот. Данный недостаток обусловлен тем, что постоянная величина порогового уровня, используемая при расчете порога обнаружения, является одинаковой для всех составляющих спектра, что при наличии в исследуемой полосе частот дискретных составляющих спектра с большой амплитудой приводит к пропуску дискретных составляющих спектра с малой амплитудой.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ одноканального обнаружения сигналов [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под редакцией A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.100-129)], включающий аналого-цифровое преобразование широкополосного входного процесса (ШВП), накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП, вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, усреднение спектров, полученных при обработке не менее шестнадцати последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП, расчет величины порога обнаружения, сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот и вывод результатов обнаружения. Данный способ выбран в качестве прототипа.

По сравнению с предыдущим аналогом в способе-прототипе снижена зависимость Р_ПО от динамического диапазона амплитуд радиосигналов, присутствующих в исследуемой полосе частот.

Недостатками способа-прототипа являются:

1. Снижение Р_ПО радиосигналов при увеличении загрузки исследуемой полосы частот узкополосными радиосигналами более чем на 30% [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства / Под редакцией A.M.Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.110)].

Причины недостатка заключаются в следующем:

величина порога обнаружения рассчитывается на основе числовых характеристик, вычисляемых с учетом всех составляющих спектра ШВП в исследуемом диапазоне частот и имеет постоянное значение для всех составляющих амплитудного спектра ШВП;

величина порога обнаружения зависит от количества радиосигналов, присутствующих в ШВП.

2. Зависимость Р_ПО от коэффициента передачи тракта радиоприемного устройства (РПУ). Данный недостаток обусловлен тем, что в качестве величины порога обнаружения выбирается минимальное значение сглаженного амплитудного спектра ШВП [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под редакцией A.M.Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.110)].

3. Зависимость Р_ПО от закона распределения атмосферных, космических помех и собственного шума РГТУ в исследуемой полосе частот (Долуханов М.П. Распространение радиоволн. Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио. Москва. 1960 (стр.378, рис.6.2, стр.382, рис.6.5)). Причина данного недостатка так же, как и предыдущего, заключается в выборе в качестве величины порога обнаружения минимального значения сглаженного амплитудного спектра ШВП.

4. Пропуск радиосигналов, длительность которых меньше длительности шестнадцати последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП при отношении мощности радиосигнала к мощности шума (ОСШ) от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом. Причиной данного недостатка является использование для снижения вероятности ложной тревоги (Р_ЛТ) усреднения спектров. При этом Р_ЛТ, равная от 0,01 до 0,05, может быть достигнута при обработке не менее шестнадцати последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под редакцией A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.111, рис.3.4)].

5. Высокая погрешность определения времени обнаружения радиосигнала при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом. Причина данного недостатка так же, как и предыдущего, заключается в необходимости обработки не менее шестнадцати последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП для снижения Р_ЛТ.

Технический результат - снижение влияния сигнально-помеховой обстановки (СПО), коэффициента передачи тракта РПУ, закона распределения атмосферных, космических помех и собственного шума РПУ в исследуемой полосе частот на Р_ПО узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более, а также уменьшение длительности обнаруживаемых узкополосных радиосигналов и повышение точности определения времени их обнаружения при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом.

Для достижения указанного технического результата в способе обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот производится аналого-цифровое преобразование ШВП, накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП, вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, расчет величины порога обнаружения для каждой составляющей амплитудного спектра как суммы сглаженной оценки спектра в скользящем по оси частоты взвешивающем окне (СВО) и функции от их среднеквадратического отклонения (СКО), сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, сохранение результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот на основе мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП, и вывод результатов обнаружения.

Общими признаками прототипа и предлагаемого способа являются аналого-цифровое преобразование ШВП, накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП, вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, расчет величины порога обнаружения, сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот, вывод результатов обнаружения.

Отличительными признаками предлагаемого способа от прототипа являются:

расчет величины порога обнаружения для каждой составляющей амплитудного спектра как суммы сглаженной оценки спектра в СВО и функции от их СКО;

сохранение полученных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения;

принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот на основе мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП.

Благодаря новой совокупности существенных признаков технический результат - снижение влияния СПО, коэффициента передачи тракта РПУ, закона распределения атмосферных, космических помех и собственного шума РПУ в исследуемой полосе частот на Р_ПО узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более проявляется вследствие того, что порог обнаружения рассчитывается для каждой составляющей амплитудного спектра как сумма сглаженной оценки спектра в СВО и функции от их СКО. Полученные значения порога обнаружения определяются только амплитудой спектральных составляющих в СВО и поэтому не зависят от СПО за пределами СВО. При этом уменьшение ширины СВО приводит к снижению влияния СПО на величину порога обнаружения и, следовательно, на Р_ПО.

Благодаря новой совокупности существенных признаков технический результат - уменьшение длительности обнаруживаемых узкополосных радиосигналов и повышение точности определения времени их обнаружения при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, проявляется вследствие того, что решение об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот принимается после мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП. Мажоритарная обработка реализуется на основе мажоритарного метода [Никитин Г.И. Сверточные коды: Учебное пособие. / СПбГУАП. СПб., 2001. - 80 с.: ил. (стр.49)].

Проведенный анализ уровня существующей техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют. Это указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна». Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ поясняется иллюстрациями, на которых представлены:

фиг.1 - график зависимости Р_ЛТ от количества выборок, используемых при мажоритарной обработке результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения;

фиг.2 - графики зависимостей Р_ПО радиосигналов от количества спектральных составляющих в СВО при различном значении коэффициента, используемого в формуле для расчета порога обнаружения;

фиг.3 - график зависимости P_ЛТ от коэффициента, используемого в формуле для расчета порога обнаружения;

фиг.4 - графики зависимостей Р_ПО радиосигналов от количества спектральных составляющих в СВО при различном количестве выборок, используемых для мажоритарной обработки;

фиг.5 - амплитудный спектр ШВП и порог обнаружения;

фиг.6 - результат обнаружения узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра;

фиг.7 - графики зависимостей Р_ПО от загрузки исследуемой полосы частот узкополосными радиосигналами при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом.

Способ обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот осуществляются следующим образом:

Этап 1. Производится аналого-цифровое преобразование ШВП поступающего с выхода широкополосного тракта панорамного радиоприемного устройства.

Аналого-цифровое преобразование ШВП реализуется на основе способа квадратурной дискретизации [Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 751 с.: ил. - ISBN 5-469-00816-9 (стр.168-170)]. В результате квадратурной дискретизации формируются комплексные отсчеты ШВП. Использование способа квадратурной дискретизации для аналого-цифрового преобразования ШВП позволяет понизить частоту дискретизации до частоты, соответствующей верхней границе полосы пропускания радиоприемного тракта.

Для обнаружения радиосигналов в диапазоне ВЧ с шириной спектра, не превышающей 8 кГц (два стандартных телефонных канала), а также в диапазоне ОВЧ со стандартной шириной спектра 20-30 кГц данный этап может быть реализован с помощью панорамного радиоприемного устройства АРК-ПР5 «Аргамак» с полосой пропускания радиоприемного тракта 1 МГц в диапазоне ВЧ и 10 МГц в диапазоне ОВЧ [Рембовский A.M., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства. / Под редакцией A.M. Рембовского. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 492 с.: ил. - ISBN 5-93517-326-3 (стр.88-92)] и 14-разрядного быстродействующего устройства сбора данных ADC-14-200 с двумя синхронными каналами частотой дискретизации до 200 МГц и динамическим диапазоном до 87 дБ [Дорофеев П., Руднев П. Современные быстродействующие АЦП с большим динамическим диапазоном. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2006. №4, с.23-25], способного осуществлять квадратурное аналого-цифровое преобразование с частотой дискретизации 1 МГц и 10 МГц.

Этап 2. Накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП.

После накопления необходимого количества отсчетов, позволяющего вычислить спектр ШВП, выборка с отсчетами передается для дальнейшей обработки, реализованной на этапах 3-10. Одновременно с передачей данной выборки для дальнейшей обработки начинается накопление следующей выборки ШВП.

Этап 3. Вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП.

Расчет значений спектральных составляющих может выполняться различными способами, например на основе дискретного преобразования Фурье (ДПФ) [Ричард Лайонс. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2007 г. - 656 с.: ил. - ISBN 5-9518-0149-4 (стр.64)]:

где S[n] - комплексный спектральный отсчет ШВП;

n - номер комплексного спектрального отсчета ШВП;

N - количество отсчетов в выборке и комплексных спектральных отсчетов в спектре ШВП;

i - номер отсчета ШВП;

X[i] - комплексный отсчет ШВП;

ехр - экспоненциальная функция;

j - мнимая единица.

При заданной частоте дискретизации (f_Д) количество отсчетов в выборке ШВП определяет ее длительность (τ_В) и, следовательно, разрешающую способность ДПФ по частоте (Δf):

,

.

При определении требуемого для вычисления спектра ШВП количества отсчетов в одной выборке необходимо учитывать, что ее длительность должна быть в М раз меньше минимальной длительности обнаруживаемых радиосигналов (τ_C), где М - количество выборок используемых при мажоритарной обработке сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения.

Исходя из этого максимально допустимое количество отсчетов в выборке ШВП (N_max) рассчитывается по формуле:

Для уменьшения вычислительных затрат при расчете спектра ШВП, полученное значение N_max уменьшается до ближайшего числа, определяемого по формуле:

где d - целое положительное число больше шести.

Например, в диапазоне ОВЧ для обнаружения узкополосных радиосигналов со стандартной шириной спектра 25 кГц и длительностью не менее 0,66 мс при ОСШ, равном 3 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, ширине полосы пропускания панорамного радиоприемного устройства 10 МГц и таком же значении частоты дискретизации аналого-цифрового преобразователя требуется мажоритарная обработка шести выборок. Следовательно, в соответствии с (1) максимально допустимый размер одной выборки ШВП составит 1100 отсчетов. Ближайшее значение, удовлетворяющее условию (2), составляет 1024 отсчета, что соответствует длительности выборки 0,102 мс и разрешающей способности ДПФ по частоте 9,76 кГц. Длительность шести выборок составит 0,612 мс, что не превышает минимальной длительности обнаруживаемых радиосигналов.

Обнаружение радиосигналов с представленными параметрами возможно и при меньшем количестве отсчетов в выборке, например при 512 отсчетах. В этом случае длительность выборки уменьшится, что повысит точность определения времени обнаружения радиосигналов, однако разрешающая способность ДПФ по частоте ухудшится в два раза (до 19,53 кГц), что снизит точность измерения таких параметров радиосигнала, как ширина спектра и несущая частота.

Увеличение количества отсчетов в выборке ШВП, например, в два раза по сравнению с числом, удовлетворяющим условию (2), до 2048 приведет к улучшению разрешающей способности по частоте (до 4,88 кГц). Однако длительность одной выборки при этом увеличится до 0,204 мс, что при заданной длительности сигнала позволит использовать для мажоритарной обработки только три выборки ШВП и снизит достоверность обнаружения ввиду высокой Р_ЛТ (фиг.1).

Для вычисления амплитудного спектра ШВП рассчитываются амплитуды комплексных спектральных отсчетов [Ричард Лайонс. Цифровая обработка сигналов: Второе издание. Пер. с англ. - М.: ООО «Бином-Пресс», 2007 г. - 656 с.: ил. - ISBN 5-9518-0149-4. Стр. 66-67], полученные значения сохраняются в массиве амплитуд As:

где Re - функция выделения вещественной части комплексного числа;

Im - функция выделения мнимой части комплексного числа.

Этап 4. Расчет величины порога обнаружения.

Величина порога обнаружения рассчитывается для каждой составляющей амплитудного спектра как сумма сглаженной оценки спектра в СВО и функции от их СКО.

Ширина СВО (ΔF_СВО) рассчитывается по формуле:

,

где k - количество спектральных составляющих в СВО.

Шаг сдвига СВО равен либо кратен Δf. На каждом шаге вычисляется значение порога для центральной составляющей амплитудного спектра в СВО. В результате при расчете на каждом шаге формируется одна точка порога обнаружения, значение которой определяется только амплитудой k спектральных составляющих и поэтому не зависит от СПО за пределами СВО. Значение k определяется шириной спектра обнаруживаемых радиосигналов, разрешающей способностью ДПФ и выбирается по меньшей мере в два раза больше, чем количество спектральных составляющих в полосе частот обнаруживаемого радиосигнала. Однако значительное увеличение ширины СВО приводит к росту зависимости величины порога от СПО за пределами полосы частот обнаруживаемого радиосигнала. Полученные значения порога обнаружения сохраняются в массиве G_ПО.

При таком подходе к расчету порога обнаружения его первый элемент будет соответствовать спектральной составляющей с номером n_H, значение которого определяется по формуле:

,

а последний элемент - спектральной составляющей с номером n_П, значение которого определяется по формуле:

.

Поэтому количество элементов в массиве G_ПО будет меньше количества элементов в массиве As на N_NK элементов. Значение N_NK вычисляется по формуле:

.

Для устранения этого недостатка перед расчетом порога обнаружения дополнительно формируется массив AsN, всем элементам которого присваиваются значения первого элемента массива As, а также массив AsK, всем элементам которого присваиваются значения последнего элемента массива As. Количество элементов в массивах AsN и AsK (k_HK) вычисляется по формуле:

.

Затем формируется общий массив А по следующему правилу:

где l - номер элемента в массиве А.

При использовании массива А для расчета порога обнаружения его первая точка соответствует первой составляющей амплитудного спектра выборки с отсчетами ШВП, а последняя точка - последней составляющей амплитудного спектра.

Каждая точка порога обнаружения G_ПО рассчитывается как сумма сглаженной оценки составляющих амплитудного спектра в СВО и функции от их СКО (σ_СВО) в соответствии с формулой:

где r - коэффициент, значение которого зависит от требуемой Р_ПО и количества спектральных составляющих в СВО.

Зависимость Р_ПО от k при различных значениях коэффициента r установлена экспериментально и представлена на фиг.2. Данные зависимости наглядно демонстрируют, что увеличение r приводит к снижению Р_ПО (фиг.2) и Р_ЛТ (фиг.3) при любой ширине СВО.

Например, для обнаружения радиосигналов, спектр которых представлен не более, чем двумя спектральными составляющими, при ОСШ, равном 3 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, для достижения требуемой Р_ПО, равной 0,95, значение коэффициента г выбирают равным 0,3. Данный выбор обусловлен следующим:

минимальное количество составляющих амплитудного спектра в СВО, при котором достигается Р_ПО, равная 0,95, равно пяти, при меньших значениях k требуемой Р_ПО (фиг.2) при ОСШ, равном 3 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, достичь невозможно;

при выборе большего значения коэффициента г необходимо увеличить количество составляющих амплитудного спектра в СВО (фиг.2), что приведет к повышению зависимости величины порога обнаружения от СПО.

Сглаженная оценка составляющих амплитудного спектра в СВО может быть получена различными методами, например как математическое ожидание:

где t - номер спектральной составляющей в СВО.

Значение t, равное нулю, соответствует номеру первой составляющей амплитудного спектра, попадающей в СВО на каждом шаге вычисления, значение t, равное k минус один, - последней составляющих амплитудного спектра, попадающей в СВО на каждом шаге вычисления.

Величина также может рассчитываться как медианное значение спектральных составляющих в СВО, через выделение моды или другими методами.

СКО составляющих амплитудного спектра в СВО рассчитывается следующим образом:

Спектр ШВП и порог обнаружения, рассчитанный на основе (3), представлены на фиг.5.

Этап 5. Сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения.

Сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения производится для каждой выборки ШВП. При этом последовательно амплитуда каждой спектральной составляющей сравнивается с соответствующей ей величиной порога обнаружения. Результаты сравнения присваиваются элементам массива М_СР по следующему правилу:

Использование результатов сравнения в качестве результатов обнаружения позволяет достичь высокого значения Р_ПО (фиг.2). Однако при этом Р_ЛТ превышает значение, достигаемое при использовании прототипа в равных условиях.

Экспериментально установлено, что при выборе для расчета величины порога обнаружения коэффициента r, равного 0,3, Р_ЛТ достигает 0,8 (фиг.3). Увеличение коэффициента г для снижения Р_ЛТ нецелесообразно, так как при этом снижается Р_ПО (фиг.2).

Это определяет необходимость дополнительной обработки полученных результатов сравнения, целью которой является снижение Р_ЛТ, при сохранении того же значения Р_ПО.

Этап 6. Сохранение результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения.

Элементы массива М_СР записываются в двумерный массив с результатами обнаружения М_ОБН:

где m - номер обрабатываемой выборки, принимает значения от 1 до М.

Этап 7. На данном этапе проверяется количество выборок ШВП, поступивших с выхода аналого-цифрового преобразователя для анализа.

Количество выборок ШВП, используемых для мажоритарной обработки, определяется при проектировании обнаружителя и зависит от допустимого значения P_ЛТ. Экспериментально установлено, что при выборе коэффициента r, равного 0,3, для расчета величины порога обнаружения по формуле (3) значение Р_ЛТ, равное 0,01, будет достигнуто при мажоритарной обработке сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП (фиг.1). При этом уменьшение Р_ПО будет скомпенсировано за счет увеличения количества спектральных составляющих в СВО до одиннадцати (фиг.4).

При использовании способа-прототипа достичь Р_ПО, равной 0,95 при ОСШ, равном 3 дБ, в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом, и P_ЛТ, равной 0,01, возможно только при усреднении спектров по шестнадцати последовательно взятым выборкам с отсчетами ШВП.

Следовательно, использование представленного способа позволяет обнаруживать радиосигналы, длительность которых в 2,6 раза меньше, чем требуется для способа-прототипа в равных условиях СПО. Кроме того, использование мажоритарной обработки снижает погрешность при определении времени обнаружения радиосигналов. При этом обеспечивается достоверность обнаружения не хуже, чем у прототипа.

Если количество выборок, поступивших с выхода аналого-цифрового преобразователя для анализа, меньше значения, определенного при проектировании обнаружителя, то выполняются этапы 1-7. В противном случае выполняется этап 8.

Этап 8. Мажоритарная обработка сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения

Мажоритарная обработка сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения производится по следующему правилу:

где R - массив с результатом мажоритарной обработки М выборок.

Этап 9. На данном этапе принимается решение об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот и вывод результатов обнаружения.

Решение об обнаружении радиосигнала на частоте, соответствующей номеру элемента массива с результатом мажоритарной обработки, принимается, если значение данного элемента не равно нулю. В противном случае принимается решение об отсутствии радиосигнала на данной частоте.

После принятия решения об обнаружении радиосигналов на соответствующих частотах производится вывод результатов обнаружения.

Результаты обнаружения могут выводиться, например, на график, ось абсцисс которого соответствует частоте радиосигнала, ось ординат - его амплитуде. Для вывода результатов обнаружения элементы массива амплитуд As умножаются на соответствующие их номерам элементы массива R с результатами мажоритарной обработки, результат умножения записывается в массив вывода W:

После этого вычисляется значение частоты (f[n]), соответствующее номеру элемента массива:

где f_H - начальная частота исследуемой полосы частот.

Точки с координатами (f[n], W[n]) последовательно выводятся на график, из точки прорисовывается перпендикуляр на ось абсцисс графика.

Результат обнаружения узкополосных радиосигналов в полосе частот, значительно превышающей ширину их спектра предлагаемым способом, представлен на фиг.6.

Этап 10. Из двумерного массива M_ОБН удаляется массив с результатами сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, имеющий номер m, равный нулю. Номера остальных массивов уменьшаются на единицу. В освободившуюся область памяти записывается массив с результатами сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученными при обработке очередной выборки, и выполняется переход к этапу 8.

Этапы 2÷8, 10 могут быть реализованы с помощью устройства цифровой обработки сигналов, изготовленного на основе сигнального процессора, например ADSP-2181 [Вальпа О.Д. Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 270 с. - ISBN 5-93517-342-5] или с помощью электронной вычислительной машины (ЭВМ) с программным обеспечением, позволяющим осуществлять цифровую обработку сигналов [Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2007. - 751 с.: ил. - ISBN 5-469-00816-9].

Этап 9 может быть реализован на ЭВМ с программным обеспечением, позволяющим выводить графическую информацию.

Исследование возможности осуществления предложенного способа проведено на персональной ЭВМ посредством имитационного моделирования.

Для реализации этапа 1 произведено аналого-цифровое преобразование ШВП в полосе частот 70-82 МГц.

Для реализации этапов 2-10 разработано программное обеспечение на языке программирования C++ с использованием интегрированной среды разработки Visual Studio 2008.

Возможность достижения заявленного технического результата подтверждена экспериментально. В ходе эксперимента производилось обнаружение радиосигнала с шириной спектра 25 кГц при загрузке исследуемой полосы частот узкополосными радиосигналами от 5 до 95% и ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом. Значение коэффициента г выбрано равным 0,3, количество спектральных составляющих в СВО, равным 11.

В ходе проведенных экспериментов получены зависимости P_ПО от загрузки исследуемой полосы частот узкополосными радиосигналами при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом (фиг.7). Данные зависимости подтверждают достижение заявленного технического результата - снижение влияния СПО на Р_ПО узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более.

Величина порога обнаружения рассчитывается для каждой составляющей амплитудного спектра и зависит только от одиннадцати спектральных составляющих, попадающих в СВО, что подтверждает достижение заявленного технического результата - снижение влияния коэффициента передачи тракта РПУ и закона распределения атмосферных, космических помех и собственного шума РПУ в исследуемой полосе частот на Р_ПО узкополосных радиосигналов в полосе частот, превышающей ширину их спектра в четыре раза и более.

При проведении данного эксперимента установлено, что Р_ЛТ не превышает значения 0,01 при мажоритарной обработке шести выборок с результатами сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, что подтверждает достижение заявленного технического результата - уменьшение длительности обнаруживаемых узкополосных радиосигналов и повышение точности определения времени их обнаружения при ОСШ от 3 до 5 дБ в полосе частот, занимаемой обнаруживаемым радиосигналом.

Изобретение относится к области радиотехники. Сущность способа обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот заключается в выполнении аналого-цифрового преобразования широкополосного входного процесса (ШВП), накоплении комплексных отсчетов ШВП и последовательном формировании выборок с отсчетами ШВП, вычислении амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, расчете величины порога обнаружения для каждой составляющей амплитудного спектра как суммы сглаженной оценки спектра в скользящем по оси частоты взвешивающем окне и функции от их средне-квадратического отклонения, сравнении амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, сохранении результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятии решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот на основе мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП, выводе результатов обнаружения. Технический результат заключается в снижении влияния сигнально-помеховой обстановки. 7 ил.

Способ обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот, включающий аналого-цифровое преобразование широкополосного входного процесса (ШВП), накопление комплексных отсчетов ШВП и последовательное формирование выборок с отсчетами ШВП, вычисление амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, расчет величины порога обнаружения, сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот, вывод результатов обнаружения, отличающийся тем, что величину порога обнаружения рассчитывают для каждой составляющей амплитудного спектра как сумму сглаженной оценки спектра в скользящем по оси частоты взвешивающем окне и функции от их среднеквадратического отклонения, результаты сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения сохраняют, а принятие решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот осуществляют на основе мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП.