Способ обнаружения имитационных помех в радиоканалах
Владельцы патента RU 2631941:
Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" (RU)
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам обнаружения узкополосных сигналов, выступающих в виде имитационных помех, в условиях априорной неопределенности о времени их излучения, и может быть использовано в радиоканалах передачи сигналов с двухпозиционной частотной манипуляцией (ЧМ-2). Технический результат - обнаружение имитационных помех в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2. Способ обнаружения имитационных помех в радиоканалах, использующих сигналы с частотной манипуляцией, заключается в том, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его и рассчитывают параметр сигнала, который сравнивают с предварительно вычисленным порогом и по результатам сравнения принимают решение о наличии имитационных помех. А в качестве параметра сигнала вычисляют дисперсию его амплитуды. Решение о наличие имитационной помехи принимают в том случае, если значение параметра сигнала превысит значение предварительно вычисленного порога более чем в 1,5 раза, в качестве которого используют значение дисперсии амплитуды сигнала, вычисленной в отсутствии имитационной помехи. 1 ил.
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам обнаружения узкополосных сигналов, выступающих в виде имитационных помех, в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в радиоканалах передачи сигналов с двухпозиционной частотной манипуляцией (ЧМ-2).
Известен способ обнаружения, реализованный в обнаружителях, описанных в книге Левина Б.Р. Теоретические основы статистической электротехники. М.: Сов. радио, 1968, с. 345-346, рис. 26. Он основан на нелинейной обработке входной реализации и заключается в следующем. Входную реализацию раскладывают на квадратурные составляющие, которые затем фильтруют с помощью двух групп фильтров, согласованных с составляющими сигнала. Суммируют разности входных значений в каждой группе фильтров и детектируют их. Решение об обнаружении принимают в случае превышения суммы продетектированных величин и предварительно заданного порогового значения.
Недостатком известного аналога является то, что он позволяет обнаружить лишь сигнал помехи с известными параметрами.
Известен способ автоматического обнаружения (см. патент РФ №2480901, по заявке №2011154520 от 29.12.2011 г.). Известный способ основан на том, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования. Формируют спектральное представление оцифрованного сигнала. Затем рассчитывают параметры спектрального представления, по значениям которых вычисляют пороговое значение уровня шума. Сравнивают параметры спектрального представления с рассчитанным пороговым значением уровня шума и по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала. При формировании спектрального представления оцифрованный сигнал предварительно делят на N равных фрагментов, над которыми независимо друг от друга выполняют преобразование Фурье, а в качестве параметров спектрального представления выбирают максимальные значения компонентов преобразования Фурье каждого из N фрагментов. Причем решение о факте обнаружения сигнала принимают, если параметры спектрального представления хотя бы одного из фрагментов превысят пороговое значение уровня шума. Пороговое значение уровня шума рассчитывают раздельно для каждого из N фрагментов и выбирают равным не менее трем значений усредненной суммы спектральных компонент фрагмента.
Недостатком известного способа является то, что он позволяет обнаружить имитационные помехи в радиоканале только при условии априорной информации об их параметрах.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному способу является способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов, реализованный в обнаружителе сигналов по патенту РФ №2419968 от 03.08.2009 г., опубликован 27.05.2011 г.
В ближайшем аналоге принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его, для чего последовательно выполняют операции дискретизации, квантования и кодирования, затем рассчитывают параметры оцифрованного сигнала, сравнивают полученные параметры с предварительно вычисленным пороговым значением уровня шума U, и по результатам сравнения принимают решение о факте обнаружения сигнала. Для расчета параметров оцифрованного сигнала его разделяют на две равные последовательности, соответствующие первой и второй половинам оцифрованного сигнала, рассчитывают функцию взаимной корреляции между последовательностями и формируют ее спектральное представление Fj, где j=1, 2, … - номера спектральных компонент функции взаимной корреляции, путем выполнения над ней преобразования Фурье, а пороговое значение уровня шума U вычисляют путем умножения среднего значения компонент спектрального представления Fj на коэффициент Q, сравнивают уровень каждой из спектральных компонент Fj с предварительно вычисленным пороговым значением уровня шума U, и при выполнении, по крайней мере, для одной из j-х компонент спектрального представления условия Fj>U, фиксируют факт обнаружения узкополосного сигнала. Коэффициент Q выбирают в интервале Q=3,5-4,5.
Недостатком известного аналога является то, что заявленное в нем техническое решение не позволяет обнаружить имитационные помехи в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2.
Целью заявленного технического решения является разработка способа, обеспечивающего расширение области применения ближайшего аналога. А именно: обеспечить обнаружение имитационных помех в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2.
Поставленная цель достигается тем, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его и рассчитывают параметр сигнала, который сравнивают с предварительно вычисленным порогом и по результатам сравнения принимают решение о наличии имитационных помех. В качестве параметра сигнала вычисляют дисперсию его амплитуды, а решение о наличие имитационной помехи принимают в том случае, если значение параметра сигнала превысит значение предварительно вычисленного порога более чем в 1,5 раза, в качестве которого используют значение дисперсии амплитуды сигнала, вычисленной в отсутствии имитационной помехи.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленном способе, в качестве которых выступают такой параметр обрабатываемого сигнала как дисперсия его амплитуды, а также предварительно вычисленное значение порога, в 1,5 превышающее значение дисперсии амплитуды сигнала, вычисленное в отсутствии имитационных помех, обеспечивается обнаружение имитационных помех даже в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2.
Заявленный способ поясняется чертежом.
Фиг. 1. Временная реализация аналогового сигнала, состоящая из четырех фрагментов: сигнал ЧМ-2 при передаче информационного символа «1» без помех; сигнал ЧМ-2 при передаче информационного символа «0» без помех; сигнал ЧМ-2 при передаче информационного символа «1» в условиях имитационной помехи; сигнал ЧМ-2 при передаче информационного символа «0» в условиях имитационной помехи.
Существующая проблема обнаружения имитационных помех заключается в том, что при отсутствии априорных знаний о времени их излучения известные обнаружители не дают достоверной информации о том, содержится ли в обрабатываемой входной реализации только полезный сигнал, или же в ней еще дополнительно присутствует имитационная помеха. Это объясняется тем, что при постановке имитационных помех в радиоканале получается аддитивная смесь полезного сигнала ЧМ-2 и имитационной помехи. Учитывая, что демодуляторы сигналов ЧМ-2 построены на принципах сравнения энергии в разнесенных по частоте каналах приема информационных значений «1» и «0», например (см. Военные системы радиосвязи. Ч. 1 под ред. В.В. Игнатова. - Л.: ВАС, 1989. С. 283-285), то соответственно, целью постановки имитационных помех является создание на решающем устройстве демодулятора ситуации, когда выбор искомого значения «1» или «0» будет происходить случайным образом. Для достижения такого эффекта имитационную помеху формируют по структуре близкой к подавляемому сигналу, например (см. Военные системы радиосвязи. Ч. 1 под ред. В.В. Игнатова. - Л.: ВАС, 1989. С. 105-110). В результате сигнал, поступающий на вход демодулятора, будет представлять аддитивную смесь имитационной помехи и полезного сигнала ЧМ-2, которая характеризуется всплесками амплитуды (значительной дисперсией), соизмеримыми с амплитудой полезного сигнала ЧМ-2 в отсутствии имитационных помех. Указанный факт демонстрируется на фиг. 1.
Реализация заявленного способа объясняется следующим образом.
1. Предварительно вычисляют значение порога. Для чего принимают реализацию в виде аналогового сигнала ЧМ-2 в отсутствии имитационных помех. Оцифровывают ее и рассчитывают значение дисперсии амплитуды оцифрованного сигнала в отсутствии имитационной помехи, которое затем умножают на значение 1,5.
1.1. Процедуры формирования сигналов их передачи и приема по радиоканалам известны (см. Военные системы радиосвязи. Ч. 1 под ред. В.В. Игнатова. - Л.: ВАС, 1989. С. 5-8).
1.2. Процедуры оцифровывания аналоговых сигналов (дискретизация, квантования и кодирование) известны и описаны, например (см. В. Григорьев. Передача сигналов в зарубежных информационно-технических системах. - СПб.: ВАС. 1998. стр. 83-85).
1.3. Процедуры вычисления дисперсии известны (см. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, изд. 2-е, 1970 г., стр. 539). Расчет значения дисперсии амплитуды оцифрованного сигнала D осуществляют по формуле
где k=1, …, n - текущий порядковый номер временного отчета оцифрованного сигнала; n - число отчетов оцифрованного сигнала; Sk - значение амплитуды, соответствующее k-му значению временного отсчета; 
- средняя величина амплитудных отсчетов оцифрованного сигнала.
1.4. Операция расчета среднего значения известна (см. патент РФ №2419968 от 03.08.2009 г., опубликован 27.05.2011 г.) и аналогична вычислению выборочного среднего, которое осуществляется по формуле
1.5. Вычисляют предварительное значение порога G по формуле
Выбор коэффициента 1,5 обусловлен возможными замираниями в радиоканале в отсутствии имитационных помех (см. Основы обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, под ред. Б.В. Сосунова. - СПб.: ВАС, 1991 г., стр. 128-136).
1.6. Техническая операция возведения в квадрат вычисленного значения в формуле (1) реализуется путем умножения этого значения самого на себя. Реализация операций умножения и деления в формулах (1-3) реализуются посредством операционных усилителей, а операции суммирования в формулах (1-2) реализуются посредством сумматоров (см. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Кн. 1. - М., 1993. Сост. Масленников М.Ю., Соболев Е.А. и др.).
2. Рассчитывают параметр сигнала. Для чего оцифровывают принятую реализацию аналогового сигнала ЧМ-2, поступающую по радиоканалу, и вычисляют значение дисперсии амплитуды оцифрованного сигнала по формуле (1), которое и определяют в качестве параметра.
Реализация процедур п. 2 аналогична процедурам и техническим операциям, рассмотренным в пп. 1.1-1.4.
3. Принимают решение об обнаружении имитационной помехи. Для чего сравнивают предварительно вычисленное значение порога с рассчитанным параметром принятого сигнала. В случае превышения значения рассчитанного параметра над предварительно вычисленным порогом принимают решение о том, что принятый аналоговый сигнал содержит аддитивную смесь полезного сигнала ЧМ-2 и имитационной помехи. В противном случае принимают решение, что в принятом аналоговом сигнале содержится только полезный сигнал ЧМ-2 (при этом в обоих случаях могут присутствовать аддитивные гауссовы шумы, свойственные радиоканалам).
Процедуры сравнения могут быть реализованы, например, на основе порогового устройства, вариант реализации которого, рассмотрен в (В. Тихонов, Н. Кульман. Нелинейная фильтрация и квазикогентный прием сигналов. - М.: Сов. радио, 1975. стр. 696), а также (см. патент РФ №2419968 от 03.08.2009 г., опубликован 27.05.2011 г.).
На фиг. 1 показаны фрагменты обрабатываемого сигнала в радиоканале в отсутствии имитационных помех (с малым значением дисперсии амплитуды) и в условиях постановки имитационных помех (со значительным значением дисперсии амплитуды).
Таким образом, благодаря возможности объективного измерения дисперсии сигнала на входе демодулятора, имеющей существенное различие в отсутствии постановки имитационных помех и в условиях постановки имитационных помех, обеспечивается обнаружение имитационной помехи даже в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в радиоканалах передачи сигналов с ЧМ-2, что обуславливает расширение области применения заявленного способа, т.е. реализуется возможность достижения заявляемого технического результата.
Способ обнаружения имитационных помех в радиоканалах, использующих сигналы с частотной манипуляцией, заключающийся в том, что принимают аналоговый сигнал, оцифровывают его и рассчитывают параметр сигнала, который сравнивают с предварительно вычисленным порогом и по результатам сравнения принимают решение о наличии имитационных помех, отличающийся тем, что в качестве параметра сигнала вычисляют дисперсию его амплитуды, а решение о наличие имитационной помехи принимают в том случае, если значение параметра сигнала превысит значение предварительно вычисленного порога более чем в 1,5 раза, в качестве которого используют значение дисперсии амплитуды сигнала, вычисленной в отсутствии имитационной помехи.
