Способ обнаружения сигналов с линейной частотной модуляцией

Способ обнаружения сигналов с линейной частотной модуляцией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 о б н = { " О б н а р у ж е н " ,   п р и   r h > r h   п о р " Н е   о б н а р у ж е н " ,   п р и   r h ≤ r h   п о р 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 = ( T н а ч   г − ( Т с т + τ з ) ) ⋅ β − f н а ч   г ,                                                                                     ( 1 )

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 = { j p × f д N б п ф ,   п р и   0 ≤ j p < N б п ф 2 ( j p − N б п ф ) × F д N б п ф   п р и   N б п ф 2 ≤ j p < N б п ф ,                                                           ( 2 )

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 = h j m k − 1 ,

где h j = ∑ i = 0 I − 1 m i j I ;

m h = ∑ 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 о б н = { " О б н а р у ж е н " ,   п р и   r h > r h   п о р " Н е   о б н а р у ж е н " ,   п р и   r h ≤ r h   п о р ,                                                             ( 3 )

где r h   п о р = σ 0 − 2 ln ( 1 − exp ( ln ( 1 − P л т ) J ) ) ;

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 ∑ j = 0 J − 1 r j 2 J .

Результаты расчета нормированных значений r h   п о р σ 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 с т = [ ( Т с т + τ з ) Δ Т с т ] × Δ Т с т ,                                                                                                                   ( 4 )

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 г р = ( ( Т с т + τ з ) − [ ( Т с т + τ з ) Δ Т с т ] × Δ Т с т ) × с ,                                                                                                                   ( 5 )

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.