Адаптирующийся ранговый обнаружитель Советский патент 1983 года по МПК G01S7/30 

(54) АДАПТИРУЮЩИЙСЯ РАНГОВЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ

1 ;

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радио локационных устройствах для обнаружения сигналов с изменяющейся моинностью на фоне помех с неизвестным за коном распределения.

Известен адаптирующийся ранговый обнаружитель, содержащий последовательно включенные согласованный фильтр и детектор, многоотводную линию задержки, № выходов которой соединены с бло,ком Бычисления ранга, (1ти-1)-.й вход которого соединен с входом многоотводной линии задержки, и последовательно соединенные рециркуляционный накопитель и блок принятия решения, анадогоцифровой преобразователь, вкгаоченный между детектором и линией задержки, блок измерения статистических характеристик, лервый и второй входы которого соединены соответственно с первым и последним выходами многоотводной линии задержки, постоянное запоминающее ус- ройство, первый вход которого соединен с выходом блока вычислений ранга, второй вход - с первым, а третий - с вторым выходом блока измерения статиотических характеристик, а выход постоянного запоминающего устройства соединен с выходом рециркуляционного накопителя, при этом блок измерения статистических характеристик содержит первый и второй квадраторы, последовательно включенные первый рециркуляционный накопитель и первый блок деления,, последовательно включенные второй рециркуляционный накопитель и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом первого б/юка деления, а также счетчик .

Однако известный адаптирующийся ранговый обнаружитель имеет болыиое среднее время обнаружения при изменяющейся мощности сигнала.

Цель изобретения - уменыиение среднего времени обнаружения при изменяющейся мощности сигнала. 39 Поставленная цель достигается тем, что в адаптирующемся ранговом обнаружителе, содеряйащем последовательно включенные согласованный фильтр, многоотводную лин;шо задержки, Ш выходов которой соединены с блоком вычисления ранга, (П1-И)-й вход которого соединен с входом многоотводной линии задержки, и последовательно соединенные рециркуляционный накопитель и блок принятия решения, аналогоцифровой преобразователь, включенный между детектором и линией задержки, блок измерения статистических характеристик, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и последним выходами многоотводной линии задержки, постояиное запоминающее устройство, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления ранга, второй вход - с первым, а третий - с вторым выходом блока измерения статистически характеристик, а выход посто5шного запоминающего устройства соединен с входом рециркуляционного накопителя, |при этом блок измерения статистических характеристик содержит первый и второй квадраторы, последовательно вкя ченные первый рециркуляционный накопитель и первый блок деления, последовательно включенные второй рециркуляцион ный накопитель и третий квадратор, вы:ход которого соединен с вторым входом первого блока деления, а также счет чик, выход блока вычисления ранга соединен с третьим входом блока измерзния статистических характеристик, выход блока принятия решения соединен с четвертым входом блока измерения статиотическйх характеристик и входом обнуле ния рециркуляционного накопителя, а в блок измерения статистических характеристик введены первый и второй блоки вычитания и последовательно включенные вычислитель частной оценки сигнала. Первый вход которого соединен с выходом первого блока деления, третий ,рециркуляционный накопитель ивторой блок деления, второй вход которого соединен с выходом счетчика, при этом выходы первого и второго квадраторов соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитани выход которого соединен с входом пер,.вого рециркуляционного накопителя, а выход второго блока вычитания соединен с входом второго рециркуляционного накопителя, причем первым, вторым, тре2тьим и четвертым входами и первым и вторым выходами блока измерения статистических характеристик соответственно являются соединенные между собой вход первого квадратора и первый вход второго блока вычитания, соединенные между собой вход второго квадратора и второй вход, второго блока вычитания, второй вход вычислителя частной оценки сигнала, соединенные между собой входы обнуления счетчика и первого, второго и третьего рециркуляционных- накопителей и выходы первого и второго блоков деления, блок принятия решения выполнен в виде первогю компаратора и . последовательно включенных второго компаратора, элемента ИЛИ, счетчика решений и третьего коммутатора, выход которого соединен с входом обнуления счетчика решений, причем выход первого компаратора соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а входом и выходом блока прин5ггия решения соответственно яаляются соединенные между собой, входы первого и второго компараторов и выход третьего компаратора, блок вычисления ранга выполнен в виде m компараторов, выходы которых соединены с соответствуюшими входами сумматора, причем тт-ми входами (1Т1 + 1)-ым входом и выходом блока вычисления ранга соответственно являются первые входы компараторов, соединенные между собой вторые входы Ш компараторов и выход сумматора, рециркуляционный накопитель выполнен в виде последовательно включенных сумматора и блока памяти, выход которого соединен с первым входом сумматора, причем входом и выходом обнуления и выходом рециркуляционного накопителя соответственно являются второй вход сумматора, второй вход блока памяти и выход сумматора. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного устройства} на фиг. 2 - то же, блок измерения статистических характеристик| на фиг, 3 - то же, блок принятия решения; на фиг. 4 - то же, блок вычисления ранга; на фиг. 5 - то же, рециркуляционный накопитель; на фиг. 6 - эпюры, поясн5 ю.шие работу предложенного устройства. Адаптирующийся ранговый обнаружитель содержит согласованный фильтр 1, детектор 2, аналогоцифровой преобразователь 3, многоотводную линию 4 задержки, блок 5 вычисления ранга, постоянное запоминающее устройство 6, рециркуляционный накопитель 7, блок 8 пршштия решения и блок 9 измерения статистических характеристик, крторый содержит первый квадратор 10, первый блок 11 вычитания, второй квадратор 12, первый рециркуляционный накопитель 13, второй блок 14 вычитания, второй реаиркул51ционный накопитель 15, третий квадраттор 16, первый блок 17 деления, вычис литель 18 частной оценки сигнала, рециркуляционный накопитель 19, второй блок 2 О деления и счетчик 21. Блок 8 принятия решения содержит первый, второй и третий компараторы 2224, элемент ИЛИ 25 и счетчик 2Q реш НИИ. Блок 5 вьписЛенин ранга содержит И1 компараторов 27 и сумматор 28. Рециркуляционные накопители 7, 13, 15 и 19 содержат сумматор 29 и блок 3О памяти.. Адаптирующийся ранговый обнаружите работает следующим образом, Входная смесь сигнала и помехи поо. ле фильтрации в согласованном фильтре 1 детектируется в детекторе 2, преобрааовьшается в цифровую форму в анаглогоцифровом преобразователе 3 и поотупает на блок 5 вычисления ранга и многоотводную линию 4 задержки, вь полненную, например, на многозарядном регистре сдвига, причем сдвиг информации осуществляется с периодом, равном одному элементу .разрешения во времени. Блок 5 вычисления ранга проиэводит вычисление ранга отсчета испытуемого канала относительно отсчетов М соседних каналов, в которых при существенной асимметрии канала присутствует практически одна помеха. Ранг l ( h -го периода наблюдения, Z-ro канала) поступает на первый вход постоянного запоминающего устройства 6, в котором записаны заранее вычисленные значения логарифма отношения правдоподобия га Л , являющегося функцией значения ран га, отношения квадрата математического ожидания помехи Ml к мощности помехи М2 и параметра В , представляющего оценку значения- отнощения сигнал/помеха по мощности. Отношение Ml /М2 измеряется для действующей помехи блоком 9 измерения статистических характеристик и поступает на второй вход постоянного запоминающего устройства 6 и на первый вход вычислителя 18 частной оценки сигнала (фиг. 2). Вычислитель 18 частной оценки сигнала в совокупности с третьим рециркуплцио ным накопителем 19, вторым блоком 20 деления и счетчиком 21, по поступающим на его входы значениям ранга и отношения моментов, производит оценку значения сигнал/помеха Е в каждом из исследуемых каналов. Если сигнал в исследуемом канале отсутствует, формируется псевдооценка, которая стремится к нулю ( О). В результате на первый, второй, и третий входы посто5шного запоминающего устройства поступают соответственно значения ранга Г „ оценки отношения моментов и парамет ра е|,:. По .поступившим на вход постоянного запоминающего устройства 6 значениям параметров t , и 6 на его выходе формируется значение логарифма функции правдоподобия, соответствующее этой комбинации параметров. В постоянном запоминающем устройстве 6 записа ны заранее рассчитанные значения X для практически возможных комбинаций входных параметров. Для расчета значений используется следующая методика: 1.По отношению моментов определ5ьется параметр формы распределения Вей4 булла d из соотношения N ) а-70, : т ) С учетом связи между моментами порядка и параметрами распределения Вейбулла (.UD(), - гамма-функция. Связь между отношением моментов и параметром d , устанавливаемая этим соотношением, носит однозначный монотонный характер. 2.Для фиксированного значения второго начального момента (обычно для М2-2) определяется параметр масшта- ба С распределения Вейбулла из соотношения;C. 3.Производится расчет логарифма отношения правдоподобия по следующим соотношениям для всех значений ранга Ir.-iO-rW .., X4v(l.vn)C )jG4t)tl-G(i) (.-и. где Gf(t)(-C-y) - распределение помехи, апроксимируемое распределением Вейбулла f., )Я+РЧ М vwrK h v tiL C-l-VF)распределение смеси сигнала с помехой; m размер опорной помеховой выборки; Y - переменная интегрирования. Хотя приведенные значения логарифма отношения правдоподобности вычислялись для фиксированного значения М2, они имеют точно такое же значение и для других значений второго начального момента, при фиксированньхх MlVM2 и Н . На величину логарифма отношения правдо подобия влияет не абсолютное М2, а егчэ соотношение с первым началь ным моментом и мощностью сигнала. Учитьтая, что связь между логарифмами отношения правдоподобия А. , ранг и параметрами адаптации Ml /М2 и Е носит сложный трансцендентный характер, реализация устройства 6, вычисляющего X без использования постоянного запоминающего устройства нецелесо образна и практически невозможна. Вопросы оптимизации количественной орга низации матрицы отношения правдоподобия (количество уровней квантования и практический диапазон изменения параметров) детально исследованы. Рекомендуется отношение моментов Ml /М2, диапазон изменения которого составляет. 0-1,0, квантовать с шагом 0,1, а отношение сигнал/помеха К квантовать с шагом О,25-0,5 в пределах ожидаемого диапазона значений (обычно 0,5-5). Потери при этом составляют около 10%. В качестве примера в табл. 1 приведены значения логарифма отношения правдоподобия для различных комбинаций 1о и е при MlVM2 O,785, что соответствует совпадению распределения Вейбул ла с распределением Релея ( d 2). Табл. 1 представляет собой элемент трехадресного куба памяти: постояиного запоминающего устройства 6. Поступающие на его вход значения параметров 1 и 6 , формально являются адресами, необходимыми для поиска ячейк содержащей нужное значение X . С выхода постоянного зaпoмшiaющeгo устройства б величина ,-еи), 28 соответствующая поступившим вводным значениям, поступает в рециркуляцион ный накопитель 7, где суммируется с ранее записанной суммой этих величин за предыдущие (Н-1) периодов наблюдений в данном канале. Далее эта сумма в блоке 8 принятия решения испыть вается на пороги А En Еи ci i-cL для вынесения решения по последовательному правилу, гд оби вероятности ложной тревоги и пропуска сигнала соответственно. После пр.инятия решения во всех каналах на выходе блока 8 принятия решения формируется импульс сброса, который поступает на вход обнуления рециркуляционного накопителя 7 и четвертый вход блока 9 измерения статистичеоких характеристик, устанавливая Перечисленные блоки в исходное состояние. Этот же импульс поступает и во внешние синхронизирующие устройства. Выходом адаптирующегося рангового обнаружения является выход первого компаратора 22 блока 8 принятия решения. Оценка отношения сигнал помеха производится следующим образом (фиг. 2). По поступающим на первый и второй входы вычислителя 18 частной оценки сигнала значениям отношения моментов Ml ранга Г на выходе вычислителя 18 формируется соответствующая частная оценка параметра f данного элемента разрешения. Вычислитель част ной оценки сигнала может быть реали зрван в виде постоянного запоминающего устройства, в котором записаны заранее. рассчитанные значения параметра 6 для различных комбинаций входных параметров V и . Для расчета .используется известная связь М между параметрами p-P(X7Y и отношением мощности сигнала к мощности помехи В через распределение помехи G(-t) и смеси сигнала с помехой f(i) . p:-P(X7Y)-JCi(i)dFU)в частном случае, при ,785, что соответствует совпадению распределения Вейбулла с распределением Релея, связь параметра р с параметром Е опи- , сьгоается простым выражением е -1ЕиС С1-Р). Учитывая, что частная оценка параметра М у I 1 , получим вьфажэние для частной оценки параметра (,)3. Для других значений отношения моментов выражения, описывающие аненлогичную связь, имеют иной вид, В , табл. 2 приведены значения параметров t в зависимости от комбинации ранга сигналов и отношения моментов при Ш 20, При вычислении учитьшалось, что область определения параметра заключена в интервале 0,5-1,0 и, что при „ параметр Р принимает значение соЛх, (.t)dFa))dG ti):0,5;.ia при е fao имеем Р 1. Поэтому когда ранг принимает вырожденные значения Vsyn|2 или Г«Ш, то оценке параметра Е приписывается соответственно минимальное или максимальное ( 6 п или 8 уцах ожидаемое отношение сигнал/помеха). При реализации дискретизацию отношения мо ментов Ml /М2 целесообразно ocymecT влять через 0,1, как и в случае вычисления логарифма отношения правдоподобия X . Полученная частная оценка поступает далее в третий рециркуляционный нако пнргель 19, где суммируется с накопленными За предыдущие периоды повторения значениями оценок отношения сигнал/помеха данного элемента разрешени Результирующая сумма Хц запомина ется в третьем рециркуляционном накопи теле 19 и поступает на первый вход второго блока 2О деления. Счетчик 21 подсчитывает поступающие на его счетный вход, из внешнего синхронизирующе го устройства, тактовые импульсы (ТИ) соответствующие периоду повторения наблюдений. Результат подается на второй вход второго блока 20 деления, на выходе которого появляется усредненное значение оценки отношения сигнал/помеха. biyfi и|. в блоке 5 вьгаиспения ранга {фиг, 4 сравнивается исследуемый отсчет X с опорными помеховыми сигналами .У: с помощью компараторов 27. Резул ; таты сравнения (инверсии) ..--H;xi7Yj ч ( JM,wv суммируются в сумматоре 28, Результирующая сумма , .появляющаяся J-1 J . на выходе сумматора 28, является рангом исследуемого отсчета,. Блок 9 измерения статистических характеристик (фиг, 2) работает следук т щим образом,. На вход первого рециркуляционного накопителя 13 поступает полученная с помощью первого и второго квадраторов 10 и 12 и первого блока 11 вычита ния- разность квадратов помехового сигнала, присутствующего на первом и поо леднем отводах многоотводной линии 4 . .задержки. На вход второго рециркуляционного накопителя 15 поступает полученная с помощью второго блока 14 вьнчитания разность помехового сигнала, присутствующего на первом и последнем отводах многоотводной линии 4 задержки, Таким образом, на выходе второго и первого рециркуляционных, накопителей 15 и 13 имеем соответственно для Z-ix) канала f.), ) J-i |;(ч) х Величины Ml и М2 5шляются оценкагми (G точностью до сомножителя (,и-1) среднего значения Ml и мощности помехи М2, После возведения величины Д (М-1) в квадрат в третьем квадраторэ 16 и деления на А2 (М-1) в первом блоке 17 деления на выходе блока 9 измерения статистических характеристик образуется величина . В процессе работы на адресный вход блока 30 памяти поступают сигналы синхронизации в соответствии с просматриваемыми каналами дальности, Рециркул5щйонный накопитель (фиг, 5) работает следующим образом, С выхода соответствующего блока сигнал поступает на второй вход сумматора 29, Одновременно с этим на первый вход сумматора 9 поступает значение, накопленное за пpeдьздyщиef (1-1) наблюдений сигнала. В результате на выходе сумматора 29 образуется сумма У) значений сигнала. Второй вход блока 30 памяти является входом установки блока ЗО памяти в исходное состояние, Установка блока ЗО памяти в исходное состояние происходит в случае пршиггия решения во всех анализируемых каналах импульсом, поступающим на второй ВХОД блока 30 памяти с выхода блока 8 принятия решения. Блок8 принятия решения (фиг. 3) работает следуюпшм образом. Поступающая на вход бпока 8 принятия решения статистика Лу,1 Л| сравни вается в первом компараторе 22 .с порогом А, и во втором компараторе 23 с порогом В, Если выполняется одно из соотношений Л,/А или то на выходах соответствующих компараторов 22 и 23 появляются логические единицы (второй компаратор 23 имеет инверсны выход), что означает принятие решения соответственно об обнаружении или необнаружении цери. Сигналы, свидетельствующие о принятии решения, поступа- ют через элемент ИЛИ 25 на счетчик 2 б решений, где число их подсчитьтает и затем сравнивается в третьем компар торе 24 с числом анализируемых каналов. При достижении равенства на вы- ходе третьего компаратора 24 возникает импульс, который поступает на вход обнуления счетчика 26 решений, устана ливая его в исходное состояние, а такж является сигналом сброса для других блоков адаптирующегося рангового обнаружителя. . . На фиг. 6 приведены эпюры, характеризую.тцие вид синхросигналов, осущест вляющих синхронизацию работы отдельны блоков предлагаемого устройства (синхронизатор на фиг. 1 не показан). На эпюре А изобрандан вид импульсо период следования которых равен периоду повторения наблюдений. Эти импульсы поступЕШЭт с синхронизатора на счет ный ВХОД счетчика 21 периодов повторения наблюдений (фиг. 2), а также на вход сброса счетчика 26 решений (фиг. 3) осуществляя сброс счетчика 26 задним фронтом в, конце каждого периода наблюдений. На эпюре В изображен вид синхроимпульсов, период следования которых равен длительности интервала разрешекия. Приведенные импульсы используются для синхронизации аналогоцифрового преобразователя 3 и многоотводной линии 4 задержки. На эпюрах С изображена совокупность импульсов, характеризующих w: менение адреса (числа в двоичном коде) в соответстви с анализируемыми элементами разрешения. Код адреса поступает на адресные входы блока 30 памяти рециркуляционных накопителей 7, 13, 15 и 19 и осуществляет их синхронизацию. Сравнительный анализ показал, что среднее число наблюдений у предлагаемого обнаружителя при неизвестной или изменяющейся мощности обнаруживаемого сигнала оказывается на. дес5ггки процентов меньшим, чем у известного обнаружителя. В табл. 3 приведены конкретные зна-, чения относительного выигрыша в сред- нем числе наблюдений.у предлагаемого , обнаружителя и известного dj, - {И j - и ) / Y (у среднее число наблюдений извест-. кого обнаружителя; h предлагаемого; 6 р и 6ф - соответственно расчетное и фактическое отношение сигнал/помеха). Таблица

13

995042

14 Продолжение табп. 1

15

Ml

h 74,55

бп % Кр 0,5

,585

И lit, 26,9 Адаптирующийся ранговый обнаружитель, содержащий последовательно включенные согласованный фильтр и детектор многоотводную линию задержки, ки выходов конторой соединены с блоком вычис ления ранга, ()-й вход которого соединен с входом многоотводной линии задержки, и последовательно соединенные рециркуляционный накопитель и блок принятия решения, аналогоцифровой преобразователь, включенный между детектором и линией задержки, блок измерения статистических характеристик, первый и второй входы которого соедине ны соответственно с первым и последним выходами многоотводной линии задержки, постоянное запоминающее устройство, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления ранга, второй вход - с первым, а третий - с вторым выходом блока измерения статистических характеристик, а выход поо .тоянного запоминающего устройства соединен с входом рециркуляционного накопителя, при этом блок измерения статистических характеристик содержит первый и второй квадраторы, последователь но включенные первый рециркуляционный накопитель и первый блок деления, пооледовательно включенные второй рециркуляционный накопитель и третий 1шадратор, выход которого соединен с вторы

16

995О42 ТаблицаЗ

8,19

23,0

224

787

14,0

7,39 счетчик отличающийся тем, что, с целью уменьшения среднего времени обнаружения при изменяющейся мощности сигнала, выход блока вычисления ранга соединен с третьим входом блока измерения статистических характе ристик, выход блока принятия решения соединен с четвертым входом блока иэ мерения статистических характеристик и входом обнуления рец1фкуляционного накопителя, а в блок измерения статистических характеристик введены первый и второй блоки вычитания и последовательно включенные вычислитель частной оценки сигнала, первый вход которого соединен с выходом первого блока деления, третий редиркулядионный. накопитель и второй блок деления, второй вход которого соединен с выходом счетчика, при этом выходы первого и второго квадраторов соединены соответственно с первым и.вторым входами первого блока вычитания, выход которого соединен с входом первого рециркуляционного накопителя, а выход второго блока вьиитания соединен с входом второго рециркуляционного накопителя, причем первым, вторым, третьим и четвертым входами и первым и вторым выходами блока иэмерения статистических характеристик соответственно явл5вотся соединенные между собой вход первого квадратора и первый вход второго блока вычитания.

соединенные между собой вход второго квадратора и второй вход второго блока вычитания второй вход вычислителя частной оценки сигнала соединенные между собой входы oбt{yлeния счетчика и первого, второго и трет1 его реци1 куляционных накопителей и выходы первого и второго блоков деления, блок принетия решения выполнен в виде первб1Ю компаратора и последовательно включенных второго компаратора, элемента ИЛИ счетчика решений и третьего кокшаратора, выход которогб соединен с входом обнуления счетчика решений, причем . выход первого компаратора соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а входом и выходом блока принятия решения соот ветственно являются соединенные между собой входы первогчэ и второго комп &торов и выход третьего компаратора, блок вычисления ранга выполнен в виде m компараторов, выходы которых соединеif.

ны с соответствующими входами сумматора, причем ки-ми входами, (|11+1)-ым входом и выходом блока вычисления ранга соответственно являются первые

входы компараторов, соединенные между собой вторые входы VY1 компараторов и выход суммат фа, рециркуляционный накопитель выполнен в виде последовательно включенных сумматора и блока памя-

ти, -ВЫХОД которого соединен с первым входом сумматора, причем входом и выходом обнуления и шлходом рециркуляционного накопителя соответственно являются второй вход сумматора, второй

вход блока памяти и выход сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G01S 7/ЗО, 1О.02.77 (прототип).

3л./ Sj(.2

вх.

Ф1/г.г вб/jr.f

А

1

ffu/jf. / r.J

.2 7Ж

л

6л.

1

Алг.г

J

J

т.

г

А/У А:/У-/ А

gf.ff

фуе.

i,

Т

Дм/.

ф1/г,5