Способ обнаружения сигналов с линейной частотной модуляцией

Изобретение относится к обнаружению сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Достигаемый технический результат - повышение достоверности обнаружения ЛЧМ-сигналов и возможность определения их характеристик в случае обнаружения. Указанный результат достигается тем, что в заявленном способе принимают пространственно разнесенные сигналы, излучаемые множеством радиопередатчиков, выполняют ЛЧМ-гетеродинирование суммарного сигнала и вычисляют быстрое преобразование Фурье (БПФ), с помощью сумматора в течение сеанса обнаружения парциально накапливают отсчеты БПФ, далее среди выходов сумматора находят максимальное значение r_h и соответствующий ему индекс j_p, по заданному значению вероятности ложной тревоги вычисляют пороговое значение r_hпор, устанавливают флаг и, если s_обн=«Обнаружен», по величине индекса j_p определяют значения стартового времени обнаруженного ЛЧМ-сигнала и длины его группового пути распространения. 3 ил.

 

Изобретение относится к области техники радиосвязи, конкретнее к обнаружению сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и может быть использовано для построения технических средств и использования результатов ЛЧМ-зондирования.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ поиска сложных сигналов, заключающийся в том, что когерентно принимают пространственно разнесенными приемными каналами сигналы, излучаемые множеством радиопередатчиков, синхронно преобразуют ансамбль принятых сигналов в комплексные цифровые сигналы, скользящим во времени преобразованием цифровых сигналов с заданной дискретностью по времени и частоте получают комплексные спектральные плотности сигналов каждого канала, запоминают спектральные плотности, из комплексных спектральных плотностей формируют и запоминают комплексные взаимные спектральные плотности (ВСП) сигналов всех возможных пар каналов, по сформированным комплексным ВСП определяют и запоминают частотно-временные области локализации принятых сигналов.

Недостатком способа-прототипа является то, что процесс вынесения решения об обнаружении ЛЧМ-сигнала не максимизирует отношение сигнал/шум, поскольку в качестве исходных данных используются спектральные характеристики, которые вычисляются на интервалах более коротких, чем длительность интервала наблюдения, предположительно равная длительности искомого сигнала, и в которых, следовательно, учитывается только часть энергии сигнала.

Задача изобретения в том, чтобы при вынесении решения об обнаружении ЛЧМ-сигнала максимизировать отношение сигнал/шум, учитывая полную энергию принимаемого сигнала.

Поставленная задача достигается тем, что в способе обнаружения сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), заключающемся в том, что принимают пространственно разнесенные сигналы, излучаемые множеством радиопередатчиков, согласно изобретению выполняют ЛЧМ-гетеродинирование суммарного сигнала и вычисляют быстрое преобразование Фурье (БПФ), с помощью сумматора в течение сеанса обнаружения парциально накапливают отсчеты БПФ, далее среди выходов сумматора находят максимальное значение r_h, и соответствующий ему индекс j_p, по заданному значению вероятности ложной тревоги вычисляют пороговое значение rh_пор, устанавливают флаг $$s_{обн}=\{\begin{array}{l}"Обнаружен",приr_h>r_{hпор}\\ "Необнаружен",приr_h\le r_{hпор}\end{array}$$ и, если s_обн=«Обнаружен», по величине индекса j_p определяют значения стартового времени обнаруженного ЛЧМ-сигнала и длины его группового пути распространения.

Достигаемым техническим результатом является повышение достоверности обнаружения ЛЧМ-сигналов и возможность определения их характеристик в случае обнаружения.

На фиг.1 представлена структурная схема приемника ЛЧМ-сигналов, обеспечивающего осуществление предлагаемого способа, содержащая преобразователь 1, вычислитель быстрого преобразования Фурье (БПФ) 2, сумматор 3, решающая схема 4, вычислитель стартового времени 5.

Предлагаемый способ работает следующим образом.

Преобразователь 1 выполняет гетеродинирование входного сигнала с целью получить для конкретного ЛЧМ-сигнала сигнал разностной частоты, мгновенная частота f_p которого зависит от величины времени τ_з задержки распространения радиоволн по пути от передающей станции до приемного пункта:

$$f_p=\left(T_{начг}-\left({Т}_{ст}+{\tau }_{з}\right)\right)\cdot \beta -f_{начг},\left(1\right)$$

где Т_{нач г} - значение времени начала гетеродинирования;

Т_ст - значение стартового времени для передающей станции;

β - значение скорости изменения мгновенной частоты зондирующего ЛЧМ-сигнала;

f_{нач г} - значение начальной частоты гетеродинирования.

Вычислитель БПФ 2 осуществляет быстрое преобразование Фурье (БПФ) и в результате i-ой итерации вычисления на каждом j-ом выходе формирует выходной сигнал, имеющий модуль m_ij. Для входного сигнала с разностной частотой f_p, максимальное напряжение образуется на выходе вычислителя БПФ, имеющем индекс f_p. При этом значения f_p, и j_р будут связаны соотношением:

$$f_p=\{\begin{array}{l}\frac{j_p\times f_{д}}{N_{бпф}},при0\le j_p<\frac{N_{бпф}}{2}\\ \frac{\left(j_p-N_{бпф}\right)\times F_{д}}{N_{бпф}}при\frac{N_{бпф}}{2}\le j_p<N_{бпф}\end{array},\left(2\right)$$

где N_бпф - длина БПФ;

F_д - значение частоты дискретизации в процессе вычисления БПФ.

В течение одного сеанса обнаружения (работы приемника ЛЧМ-сигналов) сумматор 3 накапливает I раз напряжения на каждом из J выходов вычислителя БПФ 2 (J≤N_бпф) таким образом, что напряжение на j-выходе сумматора 3 к моменту завершения сеанса составляет величину

$$r_j=\frac{h_j}{m_k}-1$$ ,

где $$h_j=\frac{{\displaystyle \sum _{i=0}^{I-1}{m}_{ij}}}{I}$$ ;

$$m_h=\frac{{\displaystyle \sum _{i=0}^{I-1}{h}_j}}{J}$$ - среднее арифметическое значение всех элементов h_j.

Пример характерной диаграммы значений r_j приведен на фиг.2.

Максимальное значение r_h из всех r_j будет соответствовать тому значению j_p индекса j, для которого чаще всего проявляется отклик зондирующего сигнала в выходных значениях m_ij БПФ, и, следовательно, тому значению f_p разностной частоты, которое определяется выражением (2).

Решающая схема 4 анализирует значения r_j, находит максимальное значение r_h и соответствующий ему индекс j_p. Кроме того, решающая схема 4 формирует флаг s_обн, устанавливаемый в состояние «Обнаружен» или в состояние «Не обнаружен», по следующему правилу:

$$s_{обн}=\{\begin{array}{l}"Обнаружен",приr_h>r_{hпор}\\ "Необнаружен",приr_h\le r_{hпор}\end{array},\left(3\right)$$

где $$r_{hпор}={\sigma }_0\sqrt{-2\ln \left(1-\exp \left(\frac{\ln \left(1-P_{лт}\right)}{J}\right)\right)}$$ ;

P_лт - значение регламентируемой вероятности ложной тревоги;

σ₀ - среднее квадратическое отклонение значения r_j в отсутствие отклика зондирующего сигнала. Например, если использовать значения r_j для текущего сеанса работы ЛЧМ-приемника, величину σ₀ можно определить как $$\sqrt{{\displaystyle \sum _{j=0}^{J-1}\raisebox{1ex}{$r_j^2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$J$}\right.}}$$ .

Результаты расчета нормированных значений $$\frac{r_{hпор}}{{\sigma }_0}$$ в виде функции от Р_лт приведены на фиг.3 для J=40, 400, 4000.

Если флаг s_обн установлен в состояние «Обнаружен», то вычислитель стартового времени 5 определяет значение разностной частоты f_p по правилу (2), значение стартового времени:

$${Т}_{ст}=\left[\frac{\left({Т}_{ст}+{\tau }_{з}\right)}{\Delta {Т}_{ст}}\right]\times \Delta {Т}_{ст},\left(4\right)$$

где (Т_ст+τ_з)=Т_{нач г}-(f_p+f_{нач г})/β (см. выражение (1));

ΔТ_ст - регламентируемый шаг временной сетки для передающих станций (например, ΔТ_ст=1 с), величина которого заведомо больше возможной величины τ_з;

[х] - операция извлечения целой части величины x,

и значение группового пути распространения радиоволн по пути от передающей станции до приемного пункта:

$$L_{гр}=\left(\left({Т}_{ст}+{\tau }_{з}\right)-\left[\frac{\left({Т}_{ст}+{\tau }_{з}\right)}{\Delta {Т}_{ст}}\right]\times \Delta {Т}_{ст}\right)\times с,\left(5\right)$$

где [x] - операция извлечения целой части величины х;

с=3×10⁵ км/с - скорость распространения электромагнитной волны.

Источники информации

1. З. №2009124999, G01S 5/00, опубл. 10.01.2011.

Способ обнаружения сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), заключающийся в том, что принимают пространственно разнесенные сигналы, излучаемые множеством радиопередатчиков, отличающийся тем, что выполняют ЛЧМ-гетеродинирование суммарного сигнала и вычисляют быстрое преобразование Фурье (БПФ), с помощью сумматора в течение сеанса обнаружения парциально накапливают отсчеты БПФ так, что на каждом j-ом выходе сумматора образуется величина r_j, далее среди всех J выходов сумматора находят выход с тем индексом j_р, для которого в результате накопления получено максимальное из всех значений r_j и обозначенное как r_h, и который однозначно связан со значением разностной частоты f_p, затем по заданному значению вероятности ложной тревоги вычисляют пороговое значение r_hпор, устанавливают флаг и, если s_обн = «Обнаружен», по значению разностной частоты f_p определяют значения стартового времени обнаруженного ЛЧМ-сигнала и длины его группового пути распространения.