СПОСОБ ДЕКОДИРОВАНИЯ ПСЕВДОШУМОВОГО СИГНАЛА Российский патент 2016 года по МПК H03M13/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в гидроакустике для построения систем целеуказания, самонаведения и телеметрии в подводных аппаратах.

В телеметрических системах связи, в гидроакустических устройствах обнаружения и пеленгования объектов используют широкополосные кодированные сигналы с целью повышения помехоустойчивости и увеличения разрешающей способности определения параметров при больших дальностях действия. Известны способы декодирования псевдошумового сигнала, описанные в Elecrocecs Record 1978, September, p. 811-814, Wai Hung Hg «Decomposition technique for acquiring combined pseudo-random-noise signals»; патент РФ №2327297 от 20.06.2008 г. «Способ декодирования блоковых кодов со стиранием элементов».

Выделение составных псевдошумовых сигналов с помощью метода декомпозиции требует быстрой синхронизации последовательностей корреляции каждого кода. При этом ухудшаются свойства зондирующего псевдошумового сигнала вследствие увеличения боковых лепестков корреляционной функции псевдошумовой посылки.

Известен способ декодирования, в котором шестикратное посимвольное умножение N-мерного кода X на сумму по модулю два над полем Галуа опорного кода Y с результатом предыдущей идентичной логической операции, когда опорный код Y₁ соответствует выбранному коду при излучении, а остальные произвольные коды умножают на сопряженные попарно друг другу векторы, а из полученных в результате этой операции кодов попарно арифметически складывают и при совпадении результатов сложения от полученного кода арифметически вычисляют выбранный код.

Широкого применения такой способ декодирования не нашел вследствие того, что такой алгоритм идентично ведет себя также и к помехам гармонического типа, что не могло быть исключено при предварительной демодуляции кодов по несущей.

Известен способ декодирования псевдошумового сигнала, заключающийся в том, что посимвольно перемножают принимаемый n-мерный код на сумму по модулю два над полем Галуа опорного кода с результатом предыдущей идентичной логической операции, а полученный n-мерный код за период излучения умножают на постоянный вектор, соответствующий выбранному коду при излучении. Однако известный способ декодирования псевдошумового сигнала не обладает высокой помехозащищенностью, вследствие наличия одиночных, двойных и отдельных комбинаций ошибок в коде, вероятность появления которых в гидроканалах достаточно велика. Это приводит к ошибкам при декодировании, т.е. известный способ декодирования может быть применен при соотношении сигнал/шум больше 1.

Технический результат - повышение помехозащищенности декодирования псевдошумового сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе декодирования псевдошумового сигнала, основанном на дискретизации принимаемого сигнала по переходам через нуль, преобразовании в двоичный код и сравнении с одной из нормированных биортогональных последовательностей путем интегрирования и суммирования, двоичный сигнал подвергают перекоммутации согласно неприводимых полиномов над полем Галуа GF(2) и с помощью быстрого преобразования Уолша, методом максимума Понтрягина по пороговому уровню, получают номер одной из биортогональных последовательностей, затем с помощью обратного коммутирования соответствующим полиномом над полем Галуа определяют искомый код.

Предлагаемый способ декодирования псевдошумового сигнала может быть пояснен блок-схемой (фиг. 1), где приняты следующие обозначения:

1 - дискретизатор;

2 - регистр сдвига до коммутации;

3 - регистр сдвига после коммутации;

4 - блок быстрого преобразования Уолша;

5 - пороговое устройство;

6 - блок обратного коммутирования.

Согласно предлагаемому способу псевдошумовой широкополосный сигнал, не содержащий частот больше f_max, дискретизируют по переходам через нуль с частотой f₀=2f_max и полностью определяют дискретным множеством значений, выраженным двоичным кодом на конечном интервале времени.

Полученный двоичный код далее подвергают перекоммутации согласно неприводимых полиномов, формирующих передаваемый пакет информации, и записывают в регистр сдвига 3. Сигнал с регистра сдвига 3 направляют в блок быстрого преобразования Уолша 4, после чего по достижении порогового уровня методом максимума Понтрягина получают номер биортогональной последовательности Уолша и с помощью обратного коммутирования определяют искомый код.

Моделирование способа декодирования основано на свойствах кодов исправлять ошибки, и для размерности 2⁵-1=31 продемонстрирована для кодов Рида-Соломона второго порядка, порождающихся полиномами х⁵+х⁴+х³+х²+1, х⁵+х⁴+х²+х+1 и кодом Рида-Соломона первого порядка: х⁵+х²+1, исправляющих, соответственно, одиночные, двойные и тройные ошибки для кодов второго порядка и пачки ошибок кратности семи для кодов первого порядка. Коммутатор для кода первого порядка с полиномом х⁵+х²+1 определяют, например, переводом из алгебры в базисе дизъюнкций к базису конъюнкций с помощью гомоморфизма 0→•, 1→0 и подстановки классов вычетов по модулю неприводимого примитивного полинома над GF(2) на ряд арифметического базиса.

Слева представлен ряд арифметического базиса в двоичном коде х₅=>2⁰=1, х₄=>2¹=2, х₃=>2²=4, х₂=>2³=8, х₁=>2⁴=16 в каждой строке: по столбцам представлены переменные булевых функций: х₅, х₄, х₃, x₂, x₁.

Справа представлены в каждой строке классы вычетов по модулю неприводимого примитивного полинома для кода Рида-Соломона первого порядка в виде сравнения: х⁵≡х²⊕1.

Изоморфизм осуществляется с помощью подстановки Галуа К:

Соответственно, обратный коммутатор для него примет вид:

Аналогично находятся коммутаторы для кодов Рида-Соломона второго порядка согласно сравнениям:

х⁵≡x⁴⊕х³⊕х²⊕1 и

x⁵≡x⁴⊕x²⊕x⊕1.

Вследствие того, что коды второго порядка исправляют все одиночные, двойные и тройные ошибки, минимальный пороговый уровень составит N-2t=32-6=26, т.е. каждая ошибка уменьшает пороговый уровень на две единицы, соответственно, код первого порядка составит N-2t=32-14=18, и начнет свое функционирование только после кодов второго порядка. Таким образом, шумы белого гауссового распределения уже не попадают на декодирующее устройство первого порядка.

Сложность построения предложенного алгоритма декодирования растет не по экспоненциальному, а по логарифмическому закону, что приближает его к границе Шеннона по пропускной способности приема сигнала на фоне помех.

Заявляемое изобретение продемонстрировало высокую помехозащищенность декодирования псевдошумового сигнала и позволяет широко применять его при построении систем целеуказания, самонаведения и телеметрии на больших дистанциях при малом соотношении сигнал/шум.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в гидроакустике для построения систем целеуказания, самонаведения и телеметрии в подводных аппаратах. Технический результат - повышение помехозащищенности декодирования псевдошумового сигнала. Способ декодирования псевдошумового сигнала основан на дискретизации принимаемого сигнала по переходам через нуль, преобразовании в двоичный код и сравнении с одной из нормированных биортогональных последовательностей путем интегрирования и суммирования. Двоичный код подвергают перекоммутации согласно неприводимых полиномов над полем Галуа GF(2), с помощью быстрого преобразования Уолша методом максимума Понтрягина по пороговому уровню получают номер одной из биортогональных последовательностей. Затем с помощью обратного коммутирования соответствующим полиномом над полем Галуа определяют искомый код. 1 ил.

Способ декодирования псевдошумового сигнала, основанный на дискретизации принимаемого сигнала по переходам через нуль, преобразовании в двоичный код и сравнении с одной из нормированных биортогональных последовательностей путем интегрирования и суммирования, отличающийся тем, что двоичный код подвергают перекоммутации согласно неприводимых полиномов над полем Галуа GF(2) и, с помощью быстрого преобразования Уолша методом максимума Понтрягина по пороговому уровню, получают номер одной из биортогональных последовательностей, затем с помощью обратного коммутирования соответствующим полиномом над полем Галуа определяют искомый код.