Способы и устройства для определения импульсной характеристики каналов распространения при наличии излучателей, отражателей и чувствительных элементов, стационарных или подвижных

Способы и устройства для определения импульсной характеристики каналов распространения при наличии излучателей, отражателей и чувствительных элементов, стационарных или подвижных

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу, позволяющему оценивать определенные параметры импульсной характеристики канала распространения электромагнитных или акустических волн, тогда как последние предусматривают излучатели, чувствительные элементы и отражатели, стационарные или подвижные, посредством сложной функции пространственной/запаздывания-дальностной/доплеровской-кинематической неопределенностей, для обнаружения и определения положения и кинематических параметров излучателей и отражателей.

Это используется во многих областях электромагнетизма и акустики, при обнаружении, передаче, определении местоположения, навигации, в целях совершенствования знаний о среде распространения, и следовательно, улучшения обработки полезных сигналов, техники радиосвязи и широковещательных радиосетей, управления воздушным движением, контроля береговой зоны, и т.д.

Это может применяться для самоопределения местоположения приемной системы, реализующей настоящее изобретение.

Это используется, например, в отношении излучателей, отражателей и чувствительных элементов, стационарных или подвижных, в электромагнетизме и в акустике.

Предшествующий уровень техники

Измерительные системы распространения, зондирования, обнаружения и определения местоположения стандартных электромагнитных или акустических отражателей почти всегда активны и обычно используют:

- механическое зондирование с использованием направленной антенны (параболического отражателя, например) или электронное зондирование с использованием луча, сформированного благодаря массиву чувствительных элементов с взвешиванием фазы и с взвешиванием амплитуды, и

- для каждого положения наведения (или пространственной ячейки) луча:

испускание известных сигналов, которые могут быть непрерывными, импульсными или в форме известных последовательностей импульсов,

вычисление функции дальностной/скоростной неопределенностей на основании, в случае узкополосных сигналов, корреляции, с испускаемыми сигналами, сигналов, наблюдаемых на выходе антенны и смещенных по времени и частоте, и на основании, в случае широкополосных сигналов, корреляции, с испускаемыми сигналами, запаздывающих сигналов, наблюдаемых на выходе антенны, смещенных по частоте, сжатых по времени и по частоте,

- для каждой дальностной/доплеровской ячейки

установление порога для заданной вероятности ложной тревоги,

сравнение функции неопределенностей с порогом.

Основным конкретным признаком этой операции является разделение между пространственным анализом (качание луча) и дальностным/скоростным или запаздывания/доплеровским анализом. Это разделение порождает необходимость систематически обеспечивать выполнение дальностного/скоростного анализа для каждого положения луча, независимо от наличия в луче излучателей или отражателей.

При этом наведение луча неявно предполагает распространение неявным образом в свободном пространстве (без множественных трактов) и требует, для электронного зондирования, управления диаграммой направленности антенны (моделирование излучающих элементов и сети, калибровка матрицы чувствительных элементов, и т.д.).

Кроме того, для данной пространственной/дальностной/ доплеровской ячейки, регулирование порога требует предварительной оценки уровня шумов на основании результата наблюдения за пространственными/дальностными/доплеровскими ячейками в отсутствии отражателей, что может оказаться сложным для реализации и дорогостоящим в вычислении. Кроме того, при наличии помех при приеме должны быть введены методы для исключения помех с помощью пространственной фильтрации для каждого положения качающегося луча, который таким образом становится защищенным от помех и устойчивым к ним. Однако, поскольку качающийся луч имеет определенную угловую ширину, обратно пропорциональную раскрытию антенны или сети (в переводе на число длин волны), подавление помех для заданной пространственной ячейки может сопровождаться подавлением отражающегося эхо-сигнала, присутствующего в той же ячейке. В связи с этим методы повышения устойчивости, предотвращающие подавление отражателей, которые будут измеряться, должны быть встроены в операции обработки за счет потенциальной потери эксплуатационных характеристик в отношении подавления помех и повышенной сложности при реализации.

Задача измерения распространения или электромагнитного, или акустического обнаружения предполагает обнаружение присутствия испускаемого сигнала s(kT_e) определенной длительности 0≤k≤K-1, а также оценку канального вектора h_s (имеющего отношение к приему множественными чувствительными элементами и соответствующего направляющему вектору положения отражателя или излучателя для распространения в свободном пространстве), запаздывания l₀T_e (для простоты принимается равным кратному периода выборки, но это отнюдь не является обязательным или ограничивающим условием) и доплеровского сдвига Δf₀=m₀/KT_e (имея разрешающую способность по частоте 1/KT_e, для простоты принимается, что доплеровский сдвиг является кратным этой разрешающей способности), исходя из знания испускаемого сигнала и из результата наблюдения за вариантами векторов x(kT_e) сигналов со смещением частоты и с преобразованием частоты, принимаемых на чувствительном элементе.

В случае применения стандартного измерения распространения или обнаружения в электромагнетизме или в акустике, стандартные принимающие устройства заранее предполагают распространение в свободном пространстве, другими словами и сканирование пространства, направление за направлением или вектор s за вектором s, с разрешением, соответствующим ширине лепестка диаграммы направленности (обычно ширине лепестка диаграммы направленности "на 3 дБ") луча, сформированного используемой сетью, где h_S является вектором импульсных характеристик каналов, связанных с направлением отражателя, и ϕ_S и s, соответственно, представляют собой фазу и направляющий вектор излучателя или отражателя. Это определяет вышеупомянутое понятие пространственной ячейки, обычно используемое специалистами в данной области техники. Более того, запаздывание l₀T_e оценивается с разрешением, равным 1/B_e, которое номинально является функцией (как правило, пропорциональной) обратной величины эквивалентной частоты, B_e, испускаемого сигнала, и эта обратная величина также определяет разрешение по дальности. Это определяет понятие дальностной ячейки, упомянутое выше и обычно используемое специалистами в данной области техники. Наконец, разрешение оценки доплеровского сдвига является функцией (как правило, пропорциональной) обратной величины срока отдельного наблюдения, то есть обратной величины продолжительности KT_e испускаемого сигнала. Это определяет понятие доплеровской ячейки, упомянутое выше и обычно используемое специалистами в данной области техники.

Предшествующий уровень техники определяет различные структуры приема. В общем случае структура приема оптимального устройства обнаружения зависит от заранее доступной информации о каналах распространения сигналов, исходящих от излучателей и отражателей, которые будут обнаруживаться, и о суммарном шуме, который содержит тепловой шум принимающих устройств и потенциальные помехи [1]. Стандартные принимающие устройства, используемые при электромагнитном [2] или акустическом [4] обнаружении, которые сканируют пространство при помощи электронного или механического качания луча и реализуют пространственный анализ в направлении восходящего потока и без связи с дальностным/доплеровским анализом, заранее предполагают, как правило, неявно или явно, для каждого положения луча и каждой сканируемой дальностной/доплеровской ячейки, следующее:

- распространение в свободном пространстве,

- известное направление сканирования,

- суммарный гауссов шум, кольцевой и неизвестный,

- сигналы, исходящие от излучателей или от отражателей, которые являются слабыми по сравнению с фоновым шумом,

- неизвестная фаза сигналов, исходящих от излучателей или от отражателей.

Эти принимающие устройства являются оптимальными только с учетом этих допущений.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей настоящего изобретения является замена вышеописанных стандартных структур структурой приема, которая позволяет преодолеть, по меньшей мере, вышеупомянутые недостатки системы. В частности, в это входит увязывание пространственного анализа и запаздывания-дальностного/ доплеровского-кинематического анализа в объединенном способе обработки. Это реализует связанную/объединенную обработку пространственных переменных запаздывания-дальности. Способ изобретения позволяет, в частности, определить параметры импульсной характеристики. Этими параметрами являются, например, параметры, касающиеся пространственной, временной и частотной структуры радиоэлектрического поля (распределения углов падения, угловая, временная и доплеровская диффузия, и т.д.). Этими параметрами также могут быть характеристики диффузии за счет препятствий на земле, в пространстве, и т.д., или даже кинематические параметры диффузоров. Настоящее изобретение имеет отношение к способу для обнаружения и/или определения местоположения излучателей и отражателей, стационарных или подвижных, в системе, содержащей N чувствительных элементов, принимающих сигналы, исходящие от упомянутых излучателей или отражателей, стационарных или подвижных, отличающемуся тем, что содержит, по меньшей мере, следующие этапы, на которых:

определяют функции неопределенности, увязывая пространственный анализ и запаздывания-дальностный/ доплеровский-кинематический анализ,

определяют, по меньшей мере, одну достаточную статистику , соответствующую корреляции между известным сигналом s(kTe), соответствующим комплексной огибающей испускаемого сигнала, и выходом фильтра w (l, m), где l обозначает временное/запаздывания-дальностное допущение, а m обозначает частотное/доплеровское-кинематическое допущение, определяя значения параметров допущения (l, m) путем сравнения значения статистики для параметров допущения (l, m) с пороговым значением.

Доплеровский/кинематический параметр использует m как индекс переменных. Следует отметить, что вышеупомянутые обозначения для статистики , для сигнала s(kTe) и фильтра w(l, m) понимаются в формальном смысле: как полная общность, каждый из параметров l, k и m может представлять ряд переменных, связанных с положением и кинематикой излучателя, отражателя, даже чувствительного элемента, если он сам является подвижным. Однако для узкополосного сигнала и времени когерентного интегрирования способа обработки, которое является достаточно малым, чтобы гарантировать уменьшение изменения положения и кинематики излучателя, отражателя и чувствительного элемента, мы возвращаемся к упрощенным случаям, описанным выше: временное допущение l сводится к допущению в отношении величины запаздывания, а частотное допущение m сводится к допущению в отношении величины доплеровского сдвига, соответственно, представляющим собой значения, кратные (целые или иные) разрешениям, о которых говорилось выше. Чтобы гарантировать эффективность способа в самых сложных случаях, например, когда кинематика чувствительного элемента, излучателя или отражателя порождает нестационарности параметров запаздывания или доплеровских параметров в течение времени когерентного интегрирования сигналов при реализации (например, нестационарности, связанные с высокой скоростью), определение l учитывает не только запаздывание сигнала, исходящего от отражателя, но и параметры первого порядка, такие, как относительное временное пилообразное изменение сигнала, исходящего от отражателя (или производная запаздывания по времени интегрирования, как таковая зависящая от временной огибающей сигнала и от параметризации операции обработки, что является предметом настоящего изобретения), не только допплеровский сдвиг m сигнала, исходящего от отражателя, но и параметры первого порядка, такие, как пилообразное изменение доплеровской частоты в сигнале, исходящем от отражателя (или производная допплеровского сдвига по времени интегрирования, как таковая ограниченная спектральной огибающей сигнала и параметризацией операции обработки, что является предметом настоящего изобретения). Даже в более сложных случаях, возможно использование относительных угловых, временных и доплеровских параметров второго порядка, и любого другого типа переменной, моделирующей кинематику излучателя, отражателя или чувствительного элемента.

В тех случаях, когда временные параметры, обозначенные l, сводятся к запаздыванию или к дальности, и когда кинематические параметры, обозначенные m, сводятся к доплеровской частоте или к относительной скорости, способ содержит, по меньшей мере, следующие этапы, на которых:

для каждого допущения l запаздывания и каждого доплеровского допущения m:

- оценивают вектор (5), исходя из K известных выборок, s(kT_e), из испускаемого сигнала и из K результатов наблюдений, которые смещаются по частотам, x_m ((k+l)T_e)=x ((k +l) T_e) exp[-j2πm (k+l)/K ], 0≤k≤K-1,

- оценивают матрицу , исходя из K результатов наблюдений, которые смещаются по частотам, x_m((k+l)T_e)=x ((k +l) T_e) exp[-j2πm (k+l)/K ], 0≤k≤K-1,

- вычисляют достаточную статистику , где определяется оценкой по методу наименьших квадратов средней мощности известного сигнала,

- устанавливают порог обнаружения для заданной вероятности ложной тревоги,

- сравнивают статистику с фиксированным порогом и дают команду на обнаружение излучателя или отражателя в дальностной/доплеровской ячейке (l, m), если порог превышен,

- оценивают относительное запаздывание и дальность излучателя или отражателя, исходя из l,

- оценивают относительную доплеровскую частоту и скорость излучателя или отражателя, исходя из m,

- оценивают пространственную ячейку излучателя или отражателя, исходя из направляющего вектора на антенне сигнала, исходящего от излучателя или отражателя, задаваемого как .

В более сложных случаях способ содержит, например, следующие этапы, на которых:

3A) временные параметры вводятся в определение, такие, как запаздывания-положения, обозначенные l, в определение частотных параметров, таких, как доплеровские-кинематические, обозначенных m, и в определение известного сигнала s по каждому допущению l и m, переменные и преобразования сигнала, вызванные перемещениями излучателя, принимающего устройства или отражателя, и колебаниями канала распространения, в зависимости от допущения запаздывание-положение, допущения относительной доплеровской частоты-скорости, времени интегрирования при обработке, эквивалентной ширины полосы частот сигнала, эквивалентной продолжительности сигнала и его периодичности в импульсном режиме на протяжении времени интегрирования обработки, от колебания запаздывания за это время, от колебания доплеровской частоты за это время,

3B) сигнал s_l,m, полученный в результате преобразования s, используется согласно временным допущениям, обозначенным l, и частотным допущениям, обозначенным m.

Для обнаружения излучателя или отражателя, чей сигнал подвержен сильным помехам, способ использует сигнал x'_m (( k+l ) T_e) и опорный сигнал s' (в виде копии ожидаемого сигнала) вместо входного сигнала x_m ((k+l)T_e) и исходного опорного сигнала s, при этом сигнал x'_m ((k+l) T_e) получается из сигнала x_m ((k+l) T_e), а опорный сигнал s' получается из исходного опорного сигнала s или из преобразованного опорного сигнала s_l,m посредством операций, влекущих за собой усиление пространственно-временных фильтров, таких, как следующие:

6A) для каждого мешающего излучателя:

оценка импульсной характеристики g_int фильтра распространения от излучателя на принимающее устройство путем минимизации критерия , причем опорный сигнал S_int=(s_int((l₀+l)T_e), s_int((l₀+l+1)T_e), …, s_int((l₀+l+L-1)T_e))^T или S_int,m,l ^″=(s_int,m,l ^»((l₀+l)T_e), s_int,m,l ^»((l₀+l+1)T_e), …, s_int,m,l ^»((l₀+l+L-1)T_e))^T получается либо благодаря общему априорному знанию исходного мешающего сигнала, либо благодаря частичному априорному знанию исходного мешающего сигнала, либо благодаря демодуляции/ выравниванию исходного мешающего сигнала любыми известными специалистам в данной области техники средствами, и проведению возможного преобразования до S_int,m,l,

6B) для одного или более мешающих излучателей, стационарных или с известной кинематикой, и которые выбираются согласно их частоте и временной устойчивости,

различные частотные допущения вводятся в опорный сигнал S_int, и повторения, присутствующие в опорном сигнале, используются для того, чтобы точно оценить, на больших длинах K интегрирования, отклонения частоты и времени в отношении мешающего излучателя, уходы в отношении мешающего излучателя оцениваются для местных гетеродинов смесителей и тактовых генераторов системы для приема и выборки сигналов, используемой для реализации настоящего изобретения.

На протяжении этапа 6B способ содержит, например, следующие этапы:

фильтр распространения g_int, связанный с мешающим излучателем, обновляется (этап 6A), и

6C) для каждого мешающего излучателя,

свертывание исходного s_int или преобразованного s_int,m,l мешающего сигнала исполняется с помощью фильтра распространения g_int, который связан с ним, и сигнал, полученный в результате этой операции, вычитается из суммарного принятого сигнала,

6D) уходы частоты и времени компенсируются

- либо на сигнале, полученном из x_m ((k+l)T_e) после упомянутых выше операций, с целью получения сигнала x'_m((k+l)T_e), s в таком случае остается неизменным (s'=s),

- либо на опорном сигнале, используемом в способе, s может, таким образом, стать s', s_m,l может стать s_m,l',

6E) реализация вышеупомянутых этапов при x'_m и s',

6F) реализация вышеупомянутых этапов при x'_m и s_m,l'.

Например, используется вектор результата наблюдения , состоящий из вектора результата наблюдения и его сопряженного комплекса, и в таком случае вышеупомянутые этапы реализуются на основании вместо x_m(( k+l ) T_e).

Также имеется в распоряжении, например, контрольный уровень только суммарного шума, и вышеупомянутые этапы исполняются с использованием оценки расширенной матрицы только суммарного шума, , полученной с помощью контрольных выборок только шума, вместо оценки расширенной корреляционной матрицы результатов наблюдений, , где .

Так как направляющий вектор отражателя известен для прямолинейных испускаемых сигналов и потенциально бесцикловых помех, способ отличается тем, что он содержит, по меньшей мере, следующие этапы, на которых:

вычисляют достаточную статистику

строят матрицу

(21)

строят статистику

(20)

устанавливают порог обнаружения для заданной вероятности ложной тревоги,

сравнивают величину статистики с порогом и обнаруживают излучатель или отражатель в дальностной/ доплеровской ячейке (l, m) и пространственной ячейке s, если порог превышен,

оценивают относительное запаздывание и дальность излучателя или отражателя, исходя из l,

оценивают относительную доплеровскую частоту и скорость/кинематику излучателя или отражателя, исходя из m,

оценивают угловое положение излучателя или отражателя, исходя из s.

Настоящее изобретение также имеет отношение к устройству, содержащему средство, такое, как обрабатывающее устройство, пригодное для исполнения этапов способа настоящего изобретения.

Пространственная/запаздывания-дальностная/доплеровская-кинматическая взаимосвязь, что является предметом настоящего изобретения, делает возможным, в частности, прямой доступ к положениям излучателей и отражателей без необходимости зондирования всего пространства и, следовательно, без необходимости сканирования направлений, на которых нет излучателей и отражателей. Это позволяет ослабить ограничения на управление конфигурацией сети чувствительных элементов (например, в случае взаимосвязи между излучающими элементами, калибровка больше не требуется) и идеально подходит для распространения с множественными трактами. Наконец, эта продуманная взаимосвязь учитывает не только установление порога, который не зависит от уровня шума, присутствующего на входе, но также и внутреннюю защиту в отношении помех, без риска подавления сигналов, которые полезны для измерения, и без необходимости вставления операции обработки для повышения устойчивости.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и признаки настоящего изобретения станут более очевидными, благодаря прочтению нижеследующего описания упрощенного иллюстративного варианта осуществления, приведенного в качестве иллюстрации, а ни в коем случае не ограничения, с прилагаемыми чертежами, на которых

Фиг.1 - функциональная схема функции пространственной/запаздывания-дальностной/доплеровской-кинематической неопределенностей согласно настоящему изобретению, причем доплеровские-кинематические параметры сводятся в этом неограничивающем упрощенном случае к доплеровскому параметру, напрямую связанному с относительной скоростью излучателя или отражателя;

Фиг.2 - блок схема операций способа с учетом помех;

Фиг.3 - функциональная схема бесциклового расширения функции пространственной/запаздывания-дальностной/доплеровской-кинематической неопределенностей, причем доплеровские-кинематические параметры сводятся в этом неограничивающем упрощенном случае к доплеровскому параметру, напрямую связанному с относительной скоростью излучателя или отражателя;

Фиг.4 - функциональная схема функции пространственной/запаздывания-дальностной/доплеровской-кинематической неопределенностей при известном s, причем доплеровские/кинематические параметры сводятся в этом неограничивающем упрощенном случае к доплеровскому параметру, напрямую связанному с относительной скоростью излучателя или отражателя.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Считается, что антенна имеет N узкополосных (УП) цифровых чувствительных элементов Ci, принимающих поступление от излучателя или отражателя непрерывного, импульсного или повторяемого импульсного сигнала, порождаемого системой электромагнитного или акустического излучения с известными возможностями (неограничивающие примеры: излучатель системы связи, который предварительно демодулируется, или определенные части сигнала которого заранее известны - слова и коды синхронизации - излучающая часть канального акустического зонда, и т.д.), к которому добавляется суммарный шум, состоящий из помех и фонового шума. Учитывая эти допущения, вектор x(kT_e) комплексных огибающих сигналов, выбираемых и наблюдаемых на выходе чувствительных элементов Ci, рассчитывается по формуле

x(kT_e) ≈ s((k - l₀)T_e) exp[ j2πm₀ ( k - l₀)/K ] h_S+b_T (kT_e)(1),

где T_e является периодом выборки цифрового чувствительного элемента; s(t) является комплексной огибающей испускаемого сигнала, известного принимающему устройству и продолжительностью KT_e; b_T (kT_e) является выбранным вектором суммарного шума, не коррелированным с сигналом, исходящим от отражателя; h_S является вектором импульсных характеристик каналов, связанных с сигналом, исходящим от отражателя; l₀T_e является запаздыванием при распространении сигнала, исходящего от отражателя, содержащего, в частности, информацию о расстоянии между отражателем, используемой системой излучения и чувствительным элементом, причем это запаздывание для простоты принимается равным кратному T_e, допущение, сделанное в качестве неограничивающего примера; Δf₀=m₀/KT_e является доплеровским сдвигом, порожденным отражателем (потенциально подвижным), для простоты принимается равным кратному обратной величины времени интегрирования операции обработки KT_e, допущение, сделанное в качестве неограничивающего примера, в котором содержится информация об относительной скорости отражателя по отношению к положениям системы излучения и чувствительного элемента, которые используются. Строго говоря, модель (1) предполагает каналы распространения без временного рассеивания, которое возникает, например, при распространении в свободном пространстве (спутниковая дальняя связь, воздушная радиосвязь, и т.д.), или каналы с замиранием сигнала, когда полоса когерентности канала больше ширины полосы сигнала, более известно под термином "плавное замирание", которое оказывает влияние в некоторых ситуациях при радиосвязи или обнаружении в городских зонах. В частности, при распространении в свободном пространстве, , где ϕ_S и s, соответственно, представляют собой фазу и направляющий вектор сигнала, исходящего от излучателя или отражателя. Модель (1) также предполагает, что временные и частотные параметры излучателя или отражателя сводятся к запаздыванию и к доплеровскому сдвигу, при этом настоящее описание является строго полным только для излучателей или отражателей с конкретной кинематикой (равномерное прямолинейное движение и ограниченная скорость относительно времени когерентного интегрирования способа обработки).

Тем не менее способ также применяется для каналов с временным рассеиванием. В этих условиях полезная часть (1), фактически, соответствует вкладу тракта или режима распространения сигнала, исходящего от излучателя или отражателя, при этом другие тракты объединяются в векторе суммарного шума.

Кроме того, как подчеркивалось ранее, способ также применяется к излучателям, отражателям или чувствительным элементам, демонстрирующим более сложную кинематику, чем прямолинейное движение, которое является равномерным и ограниченным по скорости относительно времени интегрирования способа обработки. В этих условиях полезная часть (1), фактически, соответствует вкладу сигнала, который подвергается искажению, вызванному этой кинематикой, и должен рассматриваться результат наблюдения полезного сигнала, который дополняется параметрами первого порядка (1 порядка), как отмечалось ранее, например временным пилообразным изменением и пилообразным изменением доплеровской частоты, чтобы сообщать о высоких относительных скоростях или перемещениях с ограниченным ускорением излучателя, отражателя или чувствительного элемента на протяжении фазы когерентного интегрирования способа обработки, что является предметом настоящего изобретения, а равно параметрами второго порядка (2 порядка), чтобы сообщать о фазах существенного ускорения/замедления излучателя, отражателя или чувствительного элемента на протяжении когерентного интегрирования способа обработки, что является предметом настоящего изобретения; и, наконец, моделирование искажения сигнала s, вызванное временным допущением, обозначенным l, и вызванное частотным допущением, обозначенным m, перед применением способа к сигналу s_l,m, таким образом полученному посредством преобразования сигнала s. Отметим, что вышеупомянутый список параметров не является ограничивающим, могут вводиться другие параметры, чтобы моделировать влияние кинематики системы излучения, чувствительного элемента или отражателя на сигнал, исходящий от последнего.

Статистики результатов наблюдения второго порядка

Статистика второго порядка, рассматриваемая далее в настоящем описании, соответствует первой корреляционной матрице вектора комплексных огибающих сигналов, выбранных и наблюдаемых на выходе чувствительных элементов, x(kT_e), определяемой, с учетом предыдущих допущений, выражением

(2),

которая зависит от времени в целом из-за потенциальной нестационарности испускаемого сигнала (цифровые модуляции для связных сигналов, например …). В вышеприведенных выражениях, ^† означает сопряженное транспонирование, является первой корреляционной матрицей вектора b_T(kT_e), является мгновенной мощностью сигнала, исходящего от излучателя или отражателя, который должен приниматься ненаправленным чувствительным элементом при распространении в свободном пространстве.

Различные варианты осуществления, описываемые ниже в данном документе, реализуются, например, в принимающем устройстве, содержащем несколько приемных антенн C₁, …, C_N и обрабатывающее устройство P, запрограммированное на исполнение различных этапов. Различные иллюстративные варианты осуществления показываются в отношении Фиг.1, 2, 3 и 4.

В частности, способ настоящего изобретения основывается на определении функции неопределенности путем использования взаимосвязи пространственного анализа и запаздывания-дальностного/доплеровского-кинематического анализа в объединенном способе обработки.

Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения

Первый вариант осуществления способа изобретения, продемонстрированный на Фиг.1, состоит в нахождении такого временного/запаздывания-дальностного допущения и частотного/доплеровского-кинематического допущения , что известные выборки s(kT_e), 0≤k≤K-1, оптимально обнаруживаются, исходя из векторов результатов наблюдения x_m((k+l)T_e)=x (( k+l) T_e) exp [ -j2πm ( k+l )/K ], 0≤k≤K-1, предполагая, что R(k) и h_S неизвестны и не делая допущений касательно каналов распространения и уровня сигнала, исходящего от излучателя или отражателя.

Один способ состоит в нахождении таких и , что известные выборки s(kT_e), 0≤k≤K-1, оптимально оцениваются, в смысле наименьших квадратов, в результате операции линейной фильтрации на результатах наблюдений x_m((k+l)T_e), 0 ≤ k ≤ K-1. Другими словами, способ стремится найти и , минимизирующие критерий наименьших квадратов

(3),

где , снабженное ссылочным значением 1 на Фиг.1, является пространственным фильтром, который минимизирует критерий (3) и который определяется как

(4),

где вектор и матрица задаются формулой

(5)

(6)

Вводя (4), (5) и (6) в (3), новое выражение критерия наименьших квадратов задается формулой

(7),

где , снабженное ссылочным значением 4 на Фиг.1, такое, что , задается формулой

(8)

и задается формулой

(9)

Из (7) выводится, что и являются, соответственно, параметрами l и m, которые максимизируют достаточную статистику , заданную формулой (8).

На практике величина β, 5 на Фиг.1, устанавливается для порога обнаружения так, чтобы вероятность того, что статистика (8) превышает этот порог в отсутствии сигнала, исходящего от излучателя или отражателя, была равна некоторой величине, именуемой вероятностью ложной тревоги (ВЛТ). Соответственно, излучатель или отражатель обнаруживается для дальностной ячейки l и доплеровской ячейки m, если статистика (8) превышает порог β для пары (l, m).

Это принимающее устройство не требует допущения касательно каналов распространения, помех или испускаемого сигнала, так как последний частично или полностью известен (по завершении упомянутой выше демодуляции, например). Это принимающее устройство не требует зондирования пространства. Кроме того, оно не зависит от мощности вектора результата наблюдения, а значит, порог обнаружения не зависит от уровня шума, присутствующего на входе, поскольку, когда K больше нескольких единиц или десятков единиц, вероятностный закон в отношении статистики приблизительно следует закону распределения вероятностей Гаусса и более не поддается действию закона взаимных помех, независимо от их уровней.

Условия оптимальности в показателях знаменателя подобия

Начнем с оптимального момента обнаружения l₀T_e и оптимального доплеровского сдвига Δf₀=m₀/KT_e, и в условиях ситуации с двумя допущениями H0: присутствие только суммарного шума в x_m0((k+l₀)T_e), и H1: присутствие суммарного шума и полезного сигнала в x_m0((k+l₀)T_e), что может быть выражено следующим образом:

H1 : x_m0((k+l₀)T_e) ≈ s(kT_e)h_S+b_Tm0((k+l₀)T_e)(10a)

H0 : x_m0((k+l₀)T_e) ≈ b_Tm0((k+l₀)T_e) (10b),

при этом b_Tm0((k+l₀)T_e)=b_T((k+l₀)T_e) exp[- j2πm₀ ( k+l₀)/K ],

в связи с этим, согласно статистической теории обнаружения (после Неймана Пирсона) [1], оптимальная стратегия для обнаружения сигнала, исходящего от излучателя или отражателя, s(kT_e), основанная на результатах наблюдения x_m0((k+l₀)T_e) на протяжении испускаемого сигнала, заключается в сравнении знаменателя подобия (RV), L(x)(l₀, m₀), с порогом, при этом знаменатель подобия задается формулой