автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Адаптивные устройства подавления негауссовских помех со случайно изменяющейся структурой

Минский радиотехнический институт

На правах рукописи

КОЗЕЛ ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ

АДАПТИВНЫЕ УСТРОЙСТВА ПОДАВЛЕНИЯ ШГЛУССОВШИ ПОМЕХ СО СЛУЧАЙНО ИЗМЕКЯЩЖЯ СТРУКТУРОЙ

Специешьпость 05.12.17 "Радиотехнические и телевизионные системы и устройства"

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Мяпск 1933 У/ 'У

Г / / /

/У/1-^ " А

Работа выполнена б Минском радиотехническом институте

Научний руководитель - д,т.н.. профессор Чардшщев В. А.

Оппоненты: д.т.н., проф. В.А.Ганэ -к.т.н., доц. С.Б.Салоттин

Ведущая организация: НИИ Средств автоматизации г.Минск

Защита состоится "Ш." тШ 1993г. ьИИ часов на еаседании спэциализироваипого совета К 056.05.02 но присуждению ученой степени кандидата технических наук в Минском радиотехническом институте - 220600, г.Минск, ул.П.Бровки.6.

С диссертацией шшю ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан

А

- ОкГнЬРЯ 199?Г.

Учо»шй секретарь специалшированного совета К 056.05.02 кандидат технически наук. доцент - 4 ' ----

С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аитцальносъь техи. Постоянное . увеличение количества радиоэлектронной аппаратуры в территориально ограниченных группировках; рост мощности и расширение полосы излучаемых сигналов приводят к значительному возрастанию интенсивности помех на входе приемных устройств. Уровень ыеншмцего воздействия подчас оказывается настолько. высоким, что нормальное Функционирование приемной аппаратуры становиться невозможным. В связи с этим защита радиоэлектроника средств от помех представляет собой одну из важнейших-проблем," возникающих как при разработке,. так и при использовании радиотехнических устройств и систем.

Электромагнитная, обстановка (ЭМО), в которой функционируют приемные устройства, в основном характеризуется совокупностью сигналов, создаваемых радиочастотными генераторами сторонних радиотехнических '• систем (РТС). Эти. сигналы являются квазигармоническими процессами, параметры которых модулированы случайными сообщениями. Кроме того, пространственное, частотное и временное рассосредоточение сторонних излучений с учетом различных видов селекции в. приемном устройстве, как правило,исключает нормализацию совокупного' помехового сигнала на входе приемника. Указанные выше особенности .ЭМО не позволяют использовать при синтезе приемных устройств- гауссовские процессы в качестве адекватной модели помехового. воздействия. Это приводит к необходимости применения для описания' помех случайные процессы о произвольным распределением вероятности.

Методам синтеза квазиоптимдльных приемных устройств в условиях интенсивных возмущающих воздействий с произвольными вероятностными распределениями-посвящено большое количество работ Стратоновича Р. Л. , Сосулина Ю.Г., Валеева В. Г, Фомина А.Ф., Пелухина О.И. и др. Особенность устройств обработки сигнала, синтезированных на основании этих методов,- заключается в - наличии нелинейного амплитудного подавителя, помех. Однако, эффективность подавления помех такими подавителями в тракте приема критична к изменениям статистических характеристик помехового -процесса.

В реальной. группировке радиосредств-. модуляция параметров сигналов сторонних РТС и временной регламент га работы приводят- к значительным изменениям вероятностных ■ характеристик ' возмущающих воздействий,--проявляющимся в изменении структуры и параметров помехового процесса'.' .что вносит 'априорную, неопределенность. в

описание помеховой обстановка. В связи с этим возникает необходимость синтеза квазиоптшальных' приемных устройств, Функционирующих в условиях интенсивных помех, априорное описание которых,определено не полностью.

Имеются ' различные ызгоды преодоления априорной неопределенности полезных сигналов и возмудакщих воздействий при синтезе' алгоритмов приема. Наиболее широкое распространение нашли минимаксные, адаптивные, робастнь'в и инвариантные к неизвестным 'характеристикам метода приема. Следует отметить, что наилучшее качество приема сигнала достигается при использовании адаптивных приемных устройств. Это объясняется тем,, что в процессе адаптации структура и параметры .приемника оптимизируется в соответствии с алгоритмом обучения или . самообучения устройства обработки принимаемого сигнала.

К настоящему времени опубликовано большое число работ, посещенных адаптации приемных устройств к неизвестным параметрам и статистическим характеристикам полезных сигналов и помех. Однако, рассмотрение ■ проблемы адаптации приемника к неизвестным характеристикам, мешающего воздействия" в основном ограничивается случаем , априорно неопределенной интенсивности помехи или направления ее прихода.

Решение задачи адаптивного приема сигналов на фоне интенсивных помех, являющихся, в болыпенстве случаев, негауссовскими процессами, требует принципиально иного описанш изменяющейся помеховой обстановки и представляет самостоятельны! интерес для исследований б области адаптивного приема.

Известно достаточно'много работ Валеева В.Г, Фомина А.Ф., Кобзева A.B., Емельянова С.Л.', Островского М.А., посвященшс подавлению, изменяющихся негауссовских помех. В этих работах, кш правило, приводится описание разнообразных принципов построена адаптивных .подавителей • помех. При этом, основное .внимав» уделяется адаптивному выбору коэффициентов различных апроксимацй вероятностного распределения возмущающего воздействия Недостаточно рассмотрены вопросы синтеза, и анализа адаптивны: устройств подавления' помех: Почти не ' исследуются таки качественные, характеристики адаптивных подавителей помех ка точность процесса '.адаптации, влияние точности адаптации н точность приема. в целом, сложность технической реышзашш сходимость процесса адаптации. Это объясняется, прежде Есего Орийнтоцивй на модель даыенлкщегооя помпового ь.мчдМ\от№н ß ищ

:лучайного процесса с полностью неопределенными вероятностютт сароктеристшгаш, что делает практически невозможным аи^ишь сачественных характеристик адаптивных амплитудных подавителей гомех.

Одной из перспективных: моделей возмуплщих воздеЯствий. гаггнгаших осо-бонности формирования поиеховой обстановки, являются случойняэ лроцессн с переменной ■ структурой. Данные додели позволяют схватывать достаточно широкий спектр изменений юмехового воздействия. Одвако, использованию подобного описания юмех при синтезе квазиоптаильных адаптивных устройств приема и обработки сигналов не уделяется должного внимания.

В связи с вышеуказанным, задачи уточнения модели зозмущащего воздействия, синтеза структуры и анализа качественных характеристик приемных устройств, функционирующих в сложной случайно изменяющейся помеховой обстановке, являются актуальными.

Целью работ является синтез адаптивных устройств подавления интенсивных помех с дискретно-непрерывными случайными изменениями структуры и анализ их квазнопткмалытнх реализаций применительно к трактам радиоприема. -

Задачи раЗапи. В диссертационной. работе решаются слецушио задачи.

1. Синтез и анализ алгоритмов нелинейной .фильтрации параметров сигнала "на фоне помех с дискретно-непрерывными изменениями структуры.

2. Синтез и анализ адаптивных алгоритмов амплитудного подавления дискретно-непрерывных радиопомех.'

3. Исследование качественных характеристик (достигаемый коэффициент подавления, точность адаптации; сходимость процесса адаптации, время адаптации) адаптивных устройств подавления помех с дискретно-непрерывными параметрами - и сравнительный анализ полученных адаптивных устройств и соответствующих пеадаптивннх.

4. Анализ влияния качественных характеристик адаптивных алгоритмов подавления помех на качество приема полезного сигнала.

Научн&ч нобцдна работы заключается в том, что, в отличии от известных алгоритмов и устройств адаптивного подавления помех с произвольными вероятностными распределениями, в предлагаемой диссертационной работе поставленная задача рассматривается в рамках единого подхода к структурному синтезу и анализу качественных характеристик устройств обработки полезного сигнала

и адаптивного подавления интенсивных изменяющихся помех. При зтом за основу принята модель возмущающего воздействия в виде случайного процесса с дискретными и непрерывными изменениями структуры и параметров, описываемая дискретно-непрернвннм параметрическим семейством плотностей распределения вероятности.

На замапу винос¡спая следующие основные результаты:

- алгоритмы адаптивной нелинейной фильтрации параметров сигнала на фоне интенсивной помехи с дискретно-непрерывными случайными изменениями структуры;

- алгоритмы ' адаптивной - фильтрации случайного параметра полезного сигнала на фоне дискретно -непрерывных радиопомех;

- алгоритмы адаптивного амплитудного подавления радиопомех с априорно неопредеоленши постоянными и переменными параметрами;

- алгоритмы . амплитудного подавления .помех, использующие нелинейные преобразователи с квазипериодическими амплитудными характеристиками;

- структурные схемы адаптивных устройств подавления помех.

Методика, усаледования базируется на математическом аппарате

теории условных марковских процессов, теории - нелинейной марковской фильтрации, теории оценивания и методах стохастической аппроксимации

Новые пуашпические ревуАЫгшт работы составляют структурные схемы устройств квазиоптимапьного адаптивного приема и подавления интенсивных помех, которые реализуют предложенные в диссертации алгоритмы адаптивной обработки сигналов.

Пуакяшмескаа. ценность результатов работы заключается в повышении помехоустойчивости приемных устройств, функционирующих в сложной изменяющейся помеховой обстановке.

Апробсщил работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы изложены в 20 -ти работах. В их числе 6 статей, два авторских .свидетельства, один отчет о НИР, II докладов на научно-технических конференциях.

Диссертационная' работа состоит ■ из введения, четырех разделов, заключения, списка, использованных источников и трех приложений. Обгем работы составляет 141 е., втом числе 106 с. машинописного текста, 29 " рисунков на 18 страницах, списка использованных источников из-95 наименований на 10 е., приложений на -7 с.

е.

СОДЕРЖАНИЕ РАБСГШ

Во введении обоснована актуальность теми, определен« тупике задач и и цель исследования, изложены научная новизна, практическая ценность работы и основные положения вкчосичне но залету.

Отмечается, что адаптивному подавлению интенсивных помех, статистические характеристики которых отличается от гауссовских, посвящено большое количество работ. Однако, при решении задачи подавления таких помех недостаточно рассмотрели следующие ваяние для теории и практики вопроси: синтез -оптимальных и квазпоптимальтщх адаптивных алгоритмов подавления негнуссовских помех..анализ качественных характеристик предлагаемых алгоритмов (точность, сходимость л длительность процесса адаптации: эффективность подавления изменяющихся помех). влияние точностных характеристик процесса адаптации на качество приема полезного сигнала в целом, практическая реализация . адаптивных устройств подавления помех.

Конкретизирована область исследований, включающая синтез, разработку и анализ адаптивных алгоритмов и устройств подавления интенсивных помех, статистические 'характеристики которых априорно определены не полностью.

За основу при решении поставленных научных задач принят математический аппарат теории условных марковских процессов. В качестве базовой модели изменяющегося возмущающего воздействия на устройство приема и обработки полезного сигнала выбрана модель марковского процесса со случайно изменяющейся структурой.

В ?герДаа_ разделе на основании анализа известных методов статистического описания случайных процессе, методов реиепия задачи нриета сигналов в каналах с негауссовскими помехами и методов амплитудного подавления пнтенсйвянх изкенякяшхся помех производится выбор и обоснование математических моделей сообшеннЯ и помех в калачах передачи цнфорчашт. •

Отмечается, что алгоритмы приема сигналов с амплитудным подавленней помех, синтезируешь с учетом знания их плотностей распределения вероятности. незначительно проигрнвакт в качестве приема известным алгоритмам, основанным на использовашш описания помех стохветкческгаш ди^ренщ-пльннмш уравнениями. Но при этсм лервыэ выгодно отличаются простотой и меньшим колшестком тт-1*-информации о псмеховом процессе, требуемым при синтезе

'7

алгоритмов функционирования устройств приема и обработки сигналов, что делает их использование предпочтительным.

Анализ известных методов адаптивного амплитудного подавления интенсивных помех показал, что наибольшее количество исследований в зтой области посвящено нахождении алгоритмов адаптивного выбора весовых коэффициентов различных приближенных представлений амплитудной характеристики оптимального подавителя помех. Однако, несмотря на то, что данный подход позволяет синтезировать устройства адаптивного подавления помех с, в общем случае, произвольными вероятностными характеристиками, его применение . может оказаться нецелесообразным из-за громоздкости получаемых решений и трудности, а подчас и невозможности, анализа качественных характеристик 'алгоритма адаптации и з$фективности подавления изменяющихся помех в целом.

Наиболее простыми в технической реализации и анализе потенциальных качественных характеристик являются методы адаптивного амплитудного подавления интенсивных помех вероятностное распределение которых известно, а априорная неопределенность касается только некоторого незначительного числа параметров этого распределения. Однако, область применения данных методов существенно ограничена конкретным видом вероятностного распределения помехового,процесса:

В связи с этим, для расширения области применения указанных выше методов адаптивного амплитудного подавления негауссовскщ: помех, предложено использовать при синтезе алгоритмов функционирования устройств приема и обработки полезного сигнала' модель помехового : воздействия в виде случайного процесса с дискретно-непрерывными изменениями структуры.- При этом статистическое описание подобных процессов, в отличии от известных, заключается в задании параметрического семейства плотностей распределения вероятности (ПРВ), параметры которого определяют изменения структуры случайного процесса. Считается, что данное семейство, в зависимости от характера изменений помехи, может быть непрерывным, дискретным ели дискретно-непрерывный. Использование . • случайных процессов с изнеяякщейся структурой позволяет описывать различные . виды помеховых воздействий, .часто встречающихся в каналах прередачи соосдошФ и при радиолокационных и рачионаьигационнч:-; измерениях, что существенно расширяет область применения методов адаптивного амплитудного подавления помех, основанных на знании кинкр^гного

вида вероятностного распределения возмущаете го воздействия.

Таким образом, объектом дальнейших исследований выбирается синтез и анализ. адаптивных алгоритмов амплитудного подавления интенсивных помех, в качестве математической модели которых используются случайные процессы с, в общем случае, дискретно-непрерывными изменениями структуры.

Во едоро.« разделе, используя критерий максимума апостериорной вероятности, синтезированы алгоритмы адаптивной нелинейной фильтрации непрерывных параметров сигнала па фоне интенсивных негауссовских помех' со . случайно изменяющейся структурой. Получены уравнения, позволяющие определять величину дисперсии ошибки фильтрации параметра сигнала с учетом ошибок адаптации квазиоптимального фильтра к изменениям помехи. При синтезе квазиоптималышх адаптивных алгоритмов фильтрации рассматривалось три достаточно общих случая описания изменяющегося помехового воздействия:

-задание непрерывного параметрического семейства условных ПРВ помехового воздействия, ыеаду отсчетами которого существует статистическая взаимосвязь;

-задание дискретного паракэтрического семейства ПРВ мгновенных значений помехового' "воздействия, отсчеты которого считаются статистически независютшз;

-задание дискретно-непрерывного семейства ПРВ мгновенных значений помохового' воздействия, отсчеты которого считаются статистически независимыми.

Статистическое описание непрерывных и дискретных изменений структуры помехи осуществляется, соответственно, разностным стохастическим уравнением и матрицей локальных вероятностей перехода, описнващими поведение непрерывного и дискретного параметров возглущакцего воздействия.

Показано, что отлггпггельная особенность - оптимальных алгоритмов фильтрации заключаются в наличии адаптивного нелинейного преобразования з(гк) входной смеси г!с сигнала и помехи, характеристика которого полностью определяется видом параметрического семейства ПРВ помехового воздействия и апостериорными вероятностными характеристиками неизвестных тартметров помехи

в(г1с) - - аап^^г^я.о)]^,^ .

Э

где йп(гк|сх.6) - элемент дискретно-непрерывного семейства ПРВ гюыехового процесса; <.>а е - оператор статистического усреднения по апостериорным вероятностным характеристикам непрерывного а. и дискретного в параметров помехи. При отом характеристика нелинейного преобразования вырождается в линейную только в случае если все элементы семейства ПРВ помехи являются гаусеовскими и

аЗ процесс адаптации является абсолютно , точным (апостериорная' ПРВ непрерывного параметра помехи является дельта-функцией и апостериорная вероятность одного из дискретных состояний помехи равна единице);

б) непрерывный параметр, помехи может быть классифицирован как изменяющееся математическое ожидание совокупного воэмущащего воздействия, распределенное по гауссовскому закону.

Указанное выше обстоятельство особенно четко проявляется при анализе структурной схемы адаптивного подавителя помехи с дискретно изменяющейся структурой, представленной на рис.1, где БОАВ - блок оценки апостериорных вероятностей дискретных состояний возмущающего воздействия; БЭ - блок экстраполяции;

«п(1\1е£> -соответствующая

характеристика 1-тому элементу

нелинейного дискретного

преобразования, параметрического

семейства ПРВ помехи; Рк э - весовые

к

I.

¡БОАВ

Р1

к, а

к,э

дд

,{рд----

______

1п(.)

в/вгЬ.н

1*и(гк.

Рис -1

коэффициенты равные значениям экстраполированных на текущий шаг наблюдения апостериорных вероятностей 1-тих состояний помехи.

Данная структурная схема может быть распространена и на случаи непрерывных изменений помехового воздействия, при условии разбиения области возможных значений параметре, а параметрического семейства ^(у,,!«) на 1 интервалов и вычисления апостериорных вероятностей нахождения параметра помехи в этих интервалах.

Поскольку оцеяка апостериорных вероятностей дискретных состояний помехового процесса является громоздкой при практической реализации, показана возможность упрощения подавителя за счет отказа от адаптивной подстройки к дискретным изменениям помехи. При этом оценки апостериорных вероятностей дискретных состояний заменяются на соответствующие априорные. В результате данного подхода практическая реализация подавителя помех сильно упрощается, а качество алгоритмов фильтрации параметров сигнала ухудшается не существенно, особенно в случае когда апостериорные вероятности дискретных состояний помехового процесса приблизительно равны.

3 шрсшьея разделе рассматриваются кваоиоптималыгое адаптивные к изменениям помехи алгоритмы фильтрации параметров сигнала и адаптивные алгоритмы' подавления интенсивных помех с бимодальными ПРВ.

Выбор помех с бимодальными законами распределения вероятности обусловлйваетеся. тем, что узкополостнэсть полезного радиосигнала подразумевает включение в структуру приемника перед квазиоптямальнш устройством обработки цепей предварительного преобразования, присутствующей на входе, смеси сигнала и помехи. К данным цепям могут бнть отнесены, алгекно-фидерннй тракт;, преселектор; преобразователь частоты й частично тракт усиления на промежуточной частоте. Частотная • избирательность цепей предварительной обработки исключает наличие бесконечного числа мешавших: сигналов от сторонних родиосредств па входе квазиоптимального фильтра, что исключает нормализацию совокупного помехового процесса. Узкополосность взаимных помех и их квазигармонический характер позволяют описывать вероятностные свойства мешаицего воздействия на входе- квазиоптимального устройства обработки полезного сигнала бимодальными ПРВ!

При решении задачи синтеза структуры устройств приема сигналов считалось, что помеховнй процесс описывается непреривтм гага диоиретним семейством ПРВ мпюмшяи «значений олвдуицего вила

II

= Р-.ЖУ^) ^ р2й(ук+3)с) ;

1=1

где р1 и р2 - весовые коэффициента, причем Р1+Р2=1; й(ук) -произвольная парциальная плотность распределения вероятности; ак - параметр, характеризующий положение модальных значений (для симметричных унимодальных ПРВ Я(Ук) с нулевым средним - модальное

значение); 6(9^-6*)=

о-.е.^е1 11

дискретный процесс,

принимающий значения ±1.

В случае если псмеховнй процесс описывается непрерывным семейством ПРВ,' КБазиоптимальное фильтрующее устройство содержит в своем составе . адаптивный нелинейный преобразователь . с амплитудной характеристикой вида ' '

ахпГЕ?,

------п-к'- "

2 (г, а*) ---:- = Лгк-а*е1©1(гк)1 ,

Згк

где а* - оценка неизвестного модального значения помехи; *(ук)=-<ипй(у1с)/<3у1с - характеристика нелинейного преобразования, согласованная с парциальной ПРВ помехи.

Оценка -неизвестного параметра а помехи может быт) сформировала согласно с одним из приведенных ниже уравнений, первое из которых соответствует случаю неизменяющихся модальны: значений, второе - изменяющимся ■

и

5 П^в!©!^)-^)

1=1

= О

*

а=а

< =4-1 + °аЛ.вг1гк " <-1в1©1Хгк)]в1бП(гк) .

где а^ - текущая оценка модального значения помехи; °а,и,э дисперсия ошибки' экстраполяции оценки модального значения предыдущего на текущий шаг наблюдения.

В еоотг^тотыш о п{»1&<?дляиь-ми выше уравнениями синтееир1'ваи

с'труктурные схемы адаптивных подавителей бимодальных помех, приведенные на рис. 2 и рис.З. соответственно, где Н -накопитель; УЕР - устройство принятия решения; + (1-1 )Аа; 4а

- шаг дискретизации области возможных значений параметра а, выбираемый на основании требуемой и потенциальной точности адаптации.

о

Дисперсия оиибки адаптации оа ыояет быть определена на основании следуших выражений: для случая неизменяющегося модального значения

"а >

и для случая когда модальнне значения является случайным процессом

= 0,5[] 40а/1ф ♦ 01 - Га] ,

где Н - объем выборки по которой производится оценивание неизвестного параметра; 1ф - информация по Фишеру парциальной 1РВ; Оа - априорная дисперсия набега модальных значений помехи за интервал дискретизации по времени.

Качественные характеристики адаптивного алгоритма фильтрации информационного параметра полезного сигнала полностью определяются относительной стационарной дисперсией ошибки текущего оценивания неизвестного параметра сигнала.

т=<=т/а*=с'5[ 1 -4/(^вх<р;(0)>т<^(8»еВ) +1 - 1].

О -

где °х.ст - стационарное значение дисперсии ошибки оценивания

о

параметра полезного сигнала; ах - априорная дисперсия набега информационного параметра за интервал времени равный периоду полезного сигнала; - <1вх - отношение сигнал/помеха на входе устройства обработки в эффективной полосе полезного сигнала; <Р*среднее значение второй производной по. оценнсаемому параметру от нормированной автокорреляционной Функции сигнала: В

О

- база сигнала: <|х^(в)>е .- значение , коэффициента подавления бш^одальной помехи, усредненное по апостериорной гауссовскоЯ ПкВ

13

Рис.2

U

ошибки адаптации е.

В таблице приведены некоторые характеристики адаптивных алгоритмов фильтрации параметров сигнала на фоне интенсивных бимодальных помех с различными парциальными ПРВ.

Первый и второй столбцы данной таблицы соответствуют алгоритмам фильтрации параметров сигнала согласованным с помехами, шевдими гауссовские парциальные ПРВ, при условии, что на входе приемника присутствует' помеха согласованная с алгоритмом приема и помеха с лалласовским парциальным распределением, соответственно. Третий, и четвертый столбцы- относятся к алгоритмам согласованным с помехами, имеющими лапласовские парциальные ПРВ, при условии наличия на входе приемника помехи, описывааемой. гауссовской и лапласовской парциальной ПРВ Яр(у1{.), соответственно.

о

В таблице го^ обозначает второй начальный момент априорной плотности распределения вероятности параметра, характеризующего положение модальных значений помехи.

Как видно из анализа данных, приведенных в таблице, во всех рассмотренных. случаях ■ выражение для коэффициента подавления помехи содержит множитель (Нш|/с2), где о2 - дисперсия парциальной ПРВ действующей на входе помехи, , обусловленный подавлением в нелинейном преобразователе модальных значений;' коэффициент Кп, определяющий подавление помехи с ПРВ мгновенных значений (Ук) в нелинейном преобразователе с характеристикой 1(У]С), . согласованной с распределением *(Ук) И множитель обусловленный потерями в подавлении помехи за счет неидеальности процесса адаптации амплитудной характеристики нелинейного преобразователя.

В таблице также • приведены выражения, описывающие дискриминационные характеристики' ДХ( е) устройств адаптации в рассматриваемых случаях.

Анализ достигаемых коэффициентов подавления позволяет заключить, что предпочтительным с точки ерения слабой чувствительности к виду парциальной ПРВ помехи и ошибкам адаптации является применение нелинейных преобразователей согласованных /с гауссовскши парциальными плотностями распределения-вероятности-помехи (билинейных преобразователей).

Для рассмотренных в ' таблице». адаптивных подавителей помехи на рио.-1 привс-денк графические зависимости эффективности подавления

Таблипа

Ч\1! и/и

ха- ракте- \ ристика 1 2 3 4

W(yk) 1 1 1 1

/ Sic а / 2тс а /Г а /I" а

г а2 у2 -/Г 0 о 1

E(yk.a*) -Hv ^f(-Sign(yk)+

-a*Blgn(yk)] -a*Bign<yk)] +6igri(yk-a*)+ tsiga(yk+a*)j +slgn(yk-a*H +sign(yk+a*)j

1 expiai у I} о 11 1 1

У 2% а / 2it о /2" а

у2 *ехр(-- 20'- /Г а *exp{--К} 2а2 ст

кп(1+п^/о2)+ ^(И-п^/а2)* l{n(1+na/q2)} кдО+п^/а2)«

+ (1+о|/о2) xt1-crítoa/a)l2

Г Г 1 г/% 2

ЯХ(Ю е/с2 s/о2 s* . CT ■ |S| «erí (-)* . ./i? «signís) , а *sign(e)* г -2|е| 1 /г?.'

бшодалыш помех от относительной дисперсии ошибки адаптации р о О-

Сравнение различных адаптивных подавителей бимодальных помех позволило выработать рекомендации по практическому использованию подобных устройств.

Рис.4

При описании помехового воздействия дискретным семейством ЛРВ процедура синтеза кваеиоптимальннх устройств фильтрации, с учетом отказа от оценки дискретных состояний помехи, приводит к необходимости осуществления над входной смесью сигнала и помехи квазипериодического нелинейного преобразования следующего вида

1-1

г (Гц) = 1[гк - в1ёэт1гк - (фа))].

Амплитудная характеристика одного из нелинейных преобразователей данного вида приведена на рис.5. Коэффициент подавления помех с произвольным распределении мгновенных значений в таком преобразователе может быть определен из следующего выражения

п+) п+1

« I + 4а212,Р1 / I т21Р1 ,

СП41 ) 1=- (т 1 )

где ю21 - часть мощности помехового процесса приходящаяся на 1-й линейный участок; Р1- вероятность нахождения помехового процесса на 1-м линейном участке.

Анализ выражения для коэффициента подавления показывает, что применение данного подавителя помех оказывается дастаточно эффективным для широкого класса помех.

Четверяый раздел посвящец исследованию эффективности подавления помех; сходимости и длительности процесса адаптации: чувствительности к изменению помехи основных качественны!; характеристик нелинейного преобразователя, а таете исследованию влияния неотслрживаемых параметров помехового воздействия на эффективность подавления помехи и точность фильтрации полезного сообщения в целом.

Установлено, что все рассмотренные в третьем разделе алгоритмы адаптивного подавления бимодальных помех являются сходящимися даже при отличии парциальных ПРВ помехи от принятых при синтезе.

•На рис. В приведены зависимости выигрыша в точности фильтрации .параметра сигнала (5 и в эффективности подавления помехи ж от отношения дисперсии парциальной ПРВ к мощности

О

флуктуации модальных значений помехи о /пиа' при использовании адаптивного билинейного преобразования С

На рис.7 и рис.8 приведешь' результаты 'экспериментальных

исследований о.Мективнос'Ш подавления амплитудно-модулпроваиной радиопомехи адалтивнш и неадаптивным еилшейнш преобразователем.

Из приведенная зависимостей видно, чго использование

¿"Т4 гк

Рис.6

Рис. 7

Рис.8

адаптивного би.линейнсго преобразователя позволяет получать Елиграш в отношении оигнал'помеха и точности фильтрации шдркметров сигналн ка десятки аП. При этом, как показали ■я-','-¡^аггямные ггслепстпна. эффективность подавления

Г 9

радиопомех может достигать 30 и более дБ в достаточно широкой полосе частот. С167. от центральной частоты), что делает особенно привлекательным использование данных подавителей в радиоканалах со сложными сигналами.

В пуилхениах к диссертационной работе принципиальные электрические схемы адаптивных бимодальных радиопомех ■ и акты внедрения диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В зсиихнении к диссертационной работе кратко сформулированы результаты, отражакше личный вклад автора в разработку избранной научной проблемы.

В результате проведенных исследований конкретизированы алгоритмы подавления помех с негауссовскими плотностями распределения вероятности применительно. к возмущашм воздействиям, вероятностные характеристики которых априорно определены не полностью. На основании полученных алгоритмов осуществлен структурный синтез адаптивных амплитудных подавителей интенсивных изменяющихся помех и анализ качбствеша: 'характеристик синтезированных структур.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем.

1. Предложена модель помехового воздействия » ввде случайного процесса с дискретно-непрерывными изменениями, структуры, описываемого параметрическим семейством плотностей распределения вербятности. Данная модель позволяет осуществлять синтез достаточно простых ' адалтиввкх к шменекияч помехи устройств приема и обработки сигналов.

2. Осуществлен синтез и анализ качественных характеристик кваздаптималышх адяптивннх алгоритмов Фильтрации параметров полезного сигнала на фоне интенсивных помех с дгокретно-непрерывнтш случайными изменениями структуры. Получены уравнения, рпйскквдие алгоритм Функционирования квазшптимального фильтра к .соотношения. позволяющие оценивать качество фильтрации полезного сообщенил.

3. Осугзствйеа сшггез и анализ. гач^ствешнх х-.ч'(ьпери.-тик (еавксикости реального коо&£гщиента подавления п-'И-хн от ошибок

приведены подавителей результатов

адаптации; дисперсии ошибки адаптации; чувствительности к отклонениям статистических характеристик помехового воздействия от модели, принятой при синтезе) адаптивных подавителей помех, заданных произвольным непрерывным семейством бимодальных плотностей распределения вероятности мгновенных значений. Это позволило выработать рекомендации по применению подобных устройств с учетом простоты технической реализации, наименьшей чувствительности к изменениям помеховой обстановки и высокой эффективности.

4. Предложены подавители помех, обладающие квазшериодической амплитудной характеристикой и позволяющие получать эффективное подавление широкого класса помех (особенно полимодальннх) без адаптивной подстройки к изменениям помеховой ситуации;

5. Проведены экспериментальные. исследования билинейных адаптивных и неадалтивных подавителей бимодальных помех, подтверждающие аналитические результаты и показывающие возможность и целесообразность применения данных устройств для эффективной защиты от радиопомех, перекрывающихся по спектру с полезным сигналом.

6. Предложены структурные схемы адаптивных подавителей произвольных бимодальных' помех, применение которых в приемных устройствах позволяет уменьшать дисперсию ошибки, фильтрации полезного сообщения на 20-В0 дБ.

7. Разработана принципиальная схема адаптивного широкополосного билинейного преобразователя, позволяющего осуществлять подавление ажшитудяо модулированных помех в каналах передачи шумоподобных сигналов на 30-4.0 дБ и подавление на 20-30 дБ сигналоподобных интенсивных помех, энергетический спектр которых полностью перекрывается со спектром полезного сигнала.

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях;

1. Овсянников A.B., Козел В.М., Чердынцев В.А. О некоторых классах негауссовских помех и эффективности их подавления. // Радиотехника и электроника. - Мн.:Внп. шк., 1991. - Вып.20. -с. II7-I20.

2. Чердынцев В.А., Козел В.М. Синхронизация сложных сигналов с адаптивным подавлением негауссовских помех. //Тез. докл. Всесоюзного семинара "Синхронизация в широкополосных системах связи" Минск, 9-1Г апреля 1991г.

3. Овсянников A.B.. Козел В.М. Некогеренгные устройстве, синхронизации сложных ФМ-сигналов в каналах с яегаусеовекпми помехами. //Тез. докл. Всесоюзного семинара "Синхронизация в широкополосных системах связи" Ушек, 9-11 апреля 1991г.

4. Чердннцев В.А., Козел В.М. Адаптивное подавление негауссовсккх помех в каналах синхронизации сложных сигналов. //Тез. докл. 46-й Всесоюзной научной сессии, посвященной дню радио. -М:Радио и связь. 1991.

5. Козел В.М., Овсянников A.B., Роиупкин A.B. Синхронизация сложных ФМ сигналов при действии негауссовскиой помехи с неизвестными параметрами. //Тез. докл. 45-й Всесоюзной научной ceccrai. посвященной дню радио. -М: Радио и связь. 1991.

6. Чердннцев В.А., Козел В.М. Адаптивное устройство подавления негауссовских помех. //'Тез. докладов каучно-техншеского семшара "Статистическая идентификация, прогнозирование и контроль", Одесса, 4-6 сентября 1991г. -Севастополь 1991.

7. Чердннцев В.А., Овсянников A.B., Козел В.М. Эффективность амплитудного подавления помех с бимодальными распределениями. //Радиотехника. Sil, 1991. -с.8-10.

8. Козел В.И. Адаптивный прием сигналов на фоне интенсивной негауссовской помехи. // Радиотехника и электроника. - Ин.:Е5ни. пк., 1992. - Вып. 21. -с.'57-60..

9. Козел В.М., Овсянников A.B. Формирование дискриминационной характеристики адаптивного подавителл негауссовских помех. // Радиотехника и электроника. - Мн.:Внш шк.. 1992. - Е5Ш.2Г. -с.102-105.

10. A.c. СССГ N1734215 Ш1 Н04В I/IO. "Адаптивное устройство подавления помех"-УЧердыназБ Б.А.. Козел В.М., Свсяншков A.B.

II A.c. СССР Щ764168 МКИ I104B 1/10 "Устройство подавления помех с бинарным .квантованием сигнала" /Чгрдьтдев В. А.. ГГозел В.М., Овсянников A.B.

12. В. А.Чердннцев. А. В.Оссяйшеюв. В.У.Козел Квазиоптшальная обработка сложного <Ksf сига-зла на фот интенсивных негауссовских коррелированных помгх. //Тез. докл. 48-й научной сессии, посвященной дню радио. Москва 1993.

13. В.М.Козел Фильтрация сишсропараметра сигнала на фоне пегауссовских помех с дискретно-измеиявдлмся паранотроч. //Тез. докл. 48-й научной сессии, посвященной дню радио. М'.оета 190?.

14. Чердннцев В.А. , Мордачев В.И., С-Р.. 1!"!о«л E.H.

и др. Разработка теоретических основ, методов, алгоритмов оптимизации, прогнозирующего контроля и экспертной оценки радиотехнических устройств и систем по комплексным критериям. //Отчет о НИР (заключительный) N Гос. per. 0I9I0020569, Инв. ГО292000-1449. -Минск, МРТИ, 1991.

15. А.В.Овсянников, В.М.Козел, В.А.Чердннцев Робастнне алгоритмы синхронизации слогаых сигналов. //Тез. докладов научно-технической конференции- "Повышение качества и эффективности устройств синхронизации, в системах связи" 25-27 мая 1993г. г.Ярославль.

16. В.М. Козел. А.В.Овсянников Адаптивное подавление бимодальных помех в каналах синхронизации сложных сигналов. //Тез. докладов научно-технической конференции "Повышение качества и эффективности устройств синхронизации в системах связи" 25-27 мая 1993г. г.Ярославль.

17. Чердынцев В.А., Овсянников A.B., Козел В.М. Эффективность робастных амплитудных подавителей негауссовских помех. //Функционирование радиотехнических- систем в условиях негауссовских помех. Сборник научных трудов. /Под ред. О.И.Шелухина. ЧЛгМТИ, 1992, -171с., с.54-57.

18. Чердынцев В.А., Овсянников A.B., Козел В.М. Подавление негауссовских помех при совместной фильтрации дискретно-непрерывных процессов. '//Изв. ВУЗов, Радиоэлектроника, 1993, т.36, HI-2, с.26-35.

19. . Козел В.М. Адаптивное амплитудное подавление помех. //Тез.докл. Шестой всеросийской научно-технической конференции "Радиоприем и обработка сигналов", посвященной 75-летию Нижегородской радиолабораторки. Нижний Новгород, 1993.

20. Чердынцев В.А., Козел В.М., Овсянников A.B. Эффективность подавителей . помех со случайной структурой. //Таз.докл. Шестой всеросийской научно-технической конференции "Радиоприем -и обработка сигналов", посвященной 75-летию Нижегородской радиолаборатории. Нижний Новгород, 1993.