Способ подавления сосредоточенных помех при приеме непрерывного линейно-частотно-модулированного сигнала

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для подавления мощных сосредоточенных по спектру помех при приеме. Достигаемый технический результат - ослабление мощных сосредоточенных помех произвольной формы. Способ заключается в обнаружении сосредоточенных помех на выходе системы сжатия в частотной области приемника ЛЧМ ионозонда по несмещенной оценке коэффициента эксцесса Е, выделении сосредоточенной помехи из сигнала и ее ослаблении на основе использования критерия обнаружения грубых ошибок в экспериментальных измерениях. 1 ил.

 

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для подавления мощных сосредоточенных по спектру помех при приеме непрерывного линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала в случае его обработки в приемнике методом сжатия в частотной области.

Известен способ подавления сосредоточенных помех при приеме ЛЧМ сигнала путем ослабления участка спектра сигнала, пораженного сосредоточенной помехой, основывающийся на методике оптимальной фильтрации с помощью дисперсионной линии задержки [А.А.Степаненко. Подавление сосредоточенных помех при передаче дискретных сообщений сигналами с линейной частотной модуляцией // Радиотехника. 1978. т.33, N11, с.43-48]. Однако сложность реализации дисперсионных линий задержки для сигналов с базами 10⁴-10⁵ и бурное развитие цифровой техники привели к тому, что на практике отдается предпочтение корреляционным способам обработки принятого ЛЧМ сигнала.

Способ подавления сосредоточенных помех при приеме ЛЧМ сигнала на основе корреляционной обработки сигнала заранее известной формы изложен в работе [О.И.Бернгардт, В.Е.Носов, Т.Ю.Рудых. Способ подавления сосредоточенных помех в ЛЧМ-ионозонде // Материалы Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике. - Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 1999. - с.549-554]. В этой работе наличие помехи определялось путем сравнения функции корреляции с пороговым значением. В качестве порога обнаружения сосредоточенной помехи выбиралось превышение функцией корреляции среднего значения в три раза. Однако мощные сосредоточенные помехи существенно искажаются в приемном тракте ЛЧМ ионозонда и предложенный в указанной работе способ подавления сосредоточенных помех оказывается в этом случае неприменимым. Кроме того, частотные и временные параметры помех являются случайными, что требует адаптивного выбора порога, быстро перестраивающегося к текущей помеховой обстановке.

Изобретение позволяет устранить эти недостатки и ослаблять мощные сосредоточенные помехи произвольной формы. Применение рассматриваемого способа ослабления помех приведет к увеличению отношения сигнал/шум на выходе приемника и позволит повысить достоверность определения ионосферных параметров при работе маломощных ЛЧМ ионозондов, при исследовании ионосферных мод распространения сигнала высокого порядка и слабых кругосветных сигналов.

Известно, что при согласованном приеме непрерывного сигнала ЛЧМ сигнала методом сжатия в частотной области сосредоточенная помеха, в результате демодуляции принятого сигнала путем перемножения с ЛЧМ сигналом гетеродина и выделения сигнала разностной частоты становится импульсной, позволяя использовать специфические методы борьбы с импульсными помехами для ее ослабления.

В этом случае математическую модель сигнала A_вых(t) на выходе системы сжатия в частотной области можно записать в виде суммы сигнала разностной частоты A(t), флуктуационного шума a_l(t) и суммы сосредоточенных помех a_sn(t)):

где - N - количество сосредоточенных помех в полосе частот сигнала.

Работа системы подавления сосредоточенной помехи будет эффективна при значительном превышении энергии помехи над энергией сигнала и определенной длительности подавляемых помех. Поэтому сигнал A_вых(t) можно рассматривать в рамках модели смеси двух симметричных распределений с существенно различающимися дисперсиями:

где ƒ(х,σ) - плотность распределения сигнала А_вых(t); ƒ₁(х,σ₁) - плотность распределения суммы сигнала разностной частоты и флуктуационного шума; ƒ₂(х,σ₂) - плотность распределения импульсной помехи; h₁, h₂ - удельный вес распределения в общей генеральной совокупности; σ², σ² ₁, σ² ₂ - соответствующие дисперсии. Здесь σ₁≪σ₂. В этом случае суммарное распределение имеет вид распределения с "утяжеленными концами".

В качестве меры "засоренности" концов распределения и критерия обнаружения сосредоточенных помех на выходе системы сжатия в частотной области приемника ЛЧМ ионозонда использовалась несмещенная оценка коэффициента эксцесса Е: удлинение концов распределения увеличивает ее значение. Положительное значение коэффициента эксцесса для A_вых(t) указывает на наличие в этом сигнале помехи. Значимость отклонения Е от нуля оценивалась по критерию Чебышева. Если

где D(E) - дисперсия оценки коэффициента эксцесса, то с надежностью 0.95 можно говорить о значительном вкладе сосредоточенной помехи в общее распределение A_вых(t) - Значение D(E) зависит только от объема выборки n и равно [Калиткин Н.Н. Численные методы. - М.: Наука, 1978. с.487]:

Для выделения сосредоточенной помехи из сигнала использовалось различие значений σ₁ и σ₂. Для этого сигнал A_вых(t) длительностью Т разбивается на К не перекрывающихся элементов длительностью Т_э. Величина T_э выбирается так, чтобы полоса частот Δƒ_э элемента была равна значению 250 Гц, соответствующему минимальной ширине спектра сосредоточенной помехи в декаметровом диапазоне. Для каждого k-го элемента сигнала находятся несмещенные оценки среднеквадратичного отклонения (СКО) σ_k. Значимость различий между σ_k оценивается на основе использования критерия обнаружения грубых ошибок в экспериментальных измерениях, справедливого для большого числа законов распределения [Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991, с.158]. Если для величины σ_k выполняется оценка

где s - СКО для отсчетов σ_k, то нет оснований считать это значение значительно отличающимся от среднего. Если неравенство (5) для некоторого элемента не выполняется и , то предполагается, что этот элемент сигнала поражен сосредоточенной помехой и он подавляется путем обнуления отсчетов. Достоинством предложенной методики является также то, что подавление помехи осуществляется на основе оценок числовых характеристик сигнала, не прибегая к выбору закона распределения.

Для иллюстрации эффективности способа на фиг.1 показаны осциллограммы и спектры сигнала разностной частоты, полученного с выхода приемника ЛЧМ сигнала на радиолинии Великобритания - Нижний Новгород, до (а, в) и после (б, г) подавления помех. Применение процедуры подавления сосредоточенных помех дает возможность на частоте 700 Гц выделить сигнал, который не может быть выделен в исходном спектре. При этом отношение сигнал/шум увеличилось на 13 дБ.

Способ подавления сосредоточенных помех при приеме непрерывного линейно-частотно-модулированного сигнала, заключающийся в ослаблении элемента сигнала при наличии в нем сосредоточенной помехи, отличающийся тем, что обнаружение сосредоточенных помех на выходе системы сжатия в частотной области приемника ЛЧМ ионозонда производят по несмещенной оценке коэффициента эксцесса Е, а выделение сосредоточенной помехи из сигнала и ее ослабление производят на основе использования критерия обнаружения грубых ошибок в экспериментальных измерениях: если для среднего квадратического отклонения отсчетов k-ого элемента сигнала σ_k с полосой 250 Гц выполняется оценка

где К - число элементов сигнала;

- среднее квадратическое отклонение отсчетов σ_k;

Е - эксцесс отсчетов σ_k,

то этот элемент сигнала не ослабляется, если это неравенство для некоторого элемента не выполняется и σ_k>σ, то этот элемент сигнала ослабляется путем обнуления отсчетов.