Эффективные алгоритмы обработки фазоманипулированных сигналов в устройствах поиска, обнаружения и слежения спутниковых систем передачи информации при действии мешающих факторов

Слесарев, Алексей Сергеевич

Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Эффективные алгоритмы обработки фазоманипулированных сигналов в устройствах поиска, обнаружения и слежения спутниковых систем передачи информации при действии мешающих факторов

кандидата технических наук: Слесарев, Алексей Сергеевич
город: Рязань
год: 2009
специальность ВАК РФ: 05.12.04

Диссертация по радиотехнике и связи на тему «Эффективные алгоритмы обработки фазоманипулированных сигналов в устройствах поиска, обнаружения и слежения спутниковых систем передачи информации при действии мешающих факторов»

Автореферат диссертации по теме "Эффективные алгоритмы обработки фазоманипулированных сигналов в устройствах поиска, обнаружения и слежения спутниковых систем передачи информации при действии мешающих факторов"

На правах рукописи

Слесарев Алексей Сергеевич

ЭФФЕКТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ ^УСТРОЙСТВАХ ПОИСКА, ОБНАРУЖЕНИЯ И СЛЕЖЕНИЯ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ МЕШАЮЩИХ ФАКТОРОВ

Специальность: 05.12.04 -«Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань - 2009

003470206

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет»

Научный руководитель

Официальные оппоненты -

Ведущая организация

заслуженный работник ВШ РФ, доктор технических наук, профессор Кириллов Сергей Николаевич

доктор технических наук, профессор Рубцов Виталий Дмитриевич

кандидат технических наук, доцент Авдеев Валерий Васильевич

ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» -ОКБ «Спектр» (г. Рязань)

Защита состоится «19» июня 2009 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.211.04 в ГОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» по адресу: 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, д. 59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет».

Автореферат разослан « 13 » мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук ~777Т{ А. Г. Борисов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наблюдается большой интерес к спутниковым системам передачи информации (ССПИ). Основными этапами функционирования приемника ССПИ являются поиск и обнаружение, а также захват и последующее устойчивое слежение за параметрами сигнала. Большой вклад в развитие теорий обнаружения и синхронизации внесли отечественные и зарубежные ученые Л.А. Вайнштейн, Я.Д. Ширман, Ю.Г. Сосулин, Л.М. Финк, Л.Е. Варакин, В.В. Шахгильдян, Г.И. Тузов, А.И. Перов, Э.Д. Витерби, Г. Ван Трис, В. Линдсей и др.

По мере совершенствования элементной базы все чаще применяется программная реализация алгоритмов обработки сигналов ССПИ. В отличие от аппаратной реализации, программная реализация позволяет легко перестраивать алгоритмы поиска, обнаружения и слежения в соответствии с изменением помеховой обстановки и условий распространения сигнала в зависимости от приоритетной задачи. Кроме того, обеспечивается низкая стоимость и быстрота модернизации ССПИ при переходе на новые типы сигналов.

При использовании программной реализации временные затраты на обработку сигнала существенно зависят от количества выполняемых вычислительных операций. Поэтому представляет интерес разработка алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ, обеспечивающих снижение вычислительных затрат. Это позволит уменьшить время вхождения в синхронизм, являющееся важным показателем качества ССПИ, а также снизить требования к быстродействию элементной базы и производительности процессора, что обеспечит уменьшение стоимости аппаратуры.

В современных и перспективных ССПИ большое внимание уделяется повышению устойчивости к действию мешающих факторов: преднамеренных и непреднамеренных помех, большого диапазона изменения доплеровского сдвига частоты сигнала, низкого отношения сигнал-шум, а также многолучевого распространения сигнала. В связи с этим в ССПИ применяются многоканальные, адаптивные и робастные алгоритмы обработки, а также алгоритмы с накоплением сигнала. Кроме того, в ССПИ используются широкополосные сигналы, чаще всего фазоманипулированные с расширением спектра модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью (ПСП), которые позволяют успешно бороться с рядом мешающих факторов, а также дают возможность осуществить кодовое разделение каналов передачи информации в общей полосе частот. Простейшим видом фазоманипулированных сигналов является бинарный фазоманипулированный (ФМн-2) сигнал.

Программная реализация алгоритмов поиска и обнаружения сигнала ССПИ чаще всего выполняется на основе вычисления взаимной корреляционной функции (ВКФ) принятой реализации и опорного сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Известен алгоритм поиска и обнаружения широкополосного ФМн-2 сигнала ССПИ на основе одноуровневого вейвлет-пакетного разложения (ВПР) в базисе Хаара и БПФ, позволяющий примерно в 2 раза снизить количество вычислительных операций при незначительном ухудшении характеристик обнаружения. При этом не учитывается воздействие узкополосных помех (УП), являющихся одним из наиболее распространенных видов мешающих воздействий. Для борьбы с УП в ССПИ часто используется фильтрация, однако при программной реализации алгоритмов обработки сигнала применение фильтрации приводит к увеличению вычислительных за-

трат. Поэтому актуальна задача разработки алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ, обеспечивающих уменьшение количества вычислительных операций в условиях действия УП.

Одним из методов повышения устойчивости систем передачи информации к действию помех является адаптивное линейное предыскажение и корректирование сигнала, которое в ряде случаев позволяет значительно повысить эффективность ССПИ по сравнению с использованием оптимальной линейной фильтрации. Однако предложенные в известных работах алгоритмы расчета предыскажающего и корректирующего фильтров обладают рядом существенных недостатков. В связи с этим представляет интерес задача повышения эффективности алгоритма поиска и обнаружения сигнала ССПИ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования.

Одним из основных элементов системы слежения приемника ССПИ, значительно влияющим на помехоустойчивость, является контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). К перспективным ССПИ предъявляются требования по уменьшению ошибки слежения и снижению времени установления режима синхронизма, поэтому важной является задача оптимизации контура ФАПЧ по нескольким показателям качества. Кроме того, представляет интерес задача исследования действия различного рода преднамеренных и непреднамеренных помех на цифровые системы слежения ССПИ.

Цель работы. Целью данной работы является разработка эффективных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами широкополосных фазомани-пулированных сигналов ССПИ, обеспечивающих повышение устойчивости к действию мешающих факторов, а также снижение вычислительных затрат при программной реализации.

Поставленная цель работы включает решение следующих задач:

1 Разработка адаптивного к действию УП быстрого алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ, требующего меньшего количества арифметических операций, чем быстрый алгоритм на основе ВПР и БПФ с использованием оптимальной линейной фильтрации.

2 Модификация алгоритма фильтрации в составе быстрого алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ в условиях действия УП, позволяющая снизить объем вычислительных затрат.

3 Повышение эффективности алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе БПФ при воздействии помех с ограниченным спектром с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования сигнала.

4 Анализ воздействия различного рода помех на систему слежения ССПИ, а также разработка рекомендаций по борьбе с наиболее опасными видами помеховых воздействий.

5 Оптимизация контура ФАПЧ системы слежения ССПИ по нескольким показателям качества, а также придание контуру ФАПЧ свойств робастности к изменению условий приема сигнала.

6 Разработка процедуры синтеза линейного фильтра, предназначенного для фильтрации сигнала ССПИ перед подачей на контуры слежения в условиях действия УП, который требует меньшего объема вычислительных затрат и обеспечивает повышение показателей качества ССПИ.

7 Разработка алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе БПФ при низком отношении сигнал-шум, обеспечивающего снижение объема памяти приемника.

8 Анализ эффективности практической реализации предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ при использовании современной элементной базы.

Методы исследования. В работе использовались методы статистической радиотехники и математической статистики, вариационного, матричного исчисления и вычислительной математики, а также современные алгоритмы цифровой обработки сигналов. Данные теоретические методы сочетались с экспериментальными исследованиями на основе имитационного моделирования.

Научная новизна. В рамках диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:

1 Разработан алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе одноуровневого ВПР в базисе Хаара и БПФ, обеспечивающий устойчивость к действию УП путем адаптивных выбора ветви ВПР и формирования опорных сигналов, при этом вычислительные затраты снижаются на 15..50 % по сравнению с аналогичным алгоритмом, в котором для борьбы с УП применяется оптимальный линейный фильтр.

2 Произведена модификация алгоритма фильтрации в частотной области для алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ в условиях действия УП, позволяющая на 15.. 19 % снизить объем вычислительных затрат без ухудшения других характеристик алгоритма поиска и обнаружения.

3 Предложен алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ на основе БПФ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования, обеспечивающий повышение устойчивости к действию белого гауссовского шума (БГШ) в условиях воздействия помех с ограниченным спектром до 3..3,5 дБ по сравнению с применением оптимальной линейной фильтрации.

4 Проведен анализ эффективности воздействия на систему слежения ССПИ различных видов помех, определены оптимальные параметры наиболее опасных помех. Показано, что мощность имитационной помехи может быть на Ю..20дБ ниже мощности ретранслированной помехи при равной степени воздействия на систему слежения ССПИ. Установлены возможные методы борьбы с данными помехами в приемнике ССПИ.

5 Обоснован критерий оптимальности при синтезе петлевого фильтра контура ФАПЧ с астатизмом 2-го порядка системы слежения ССПИ, включающий несколько показателей качества. Обеспечена робастность ССПИ к изменению отношения сигнал-шум в диапазоне от -30 дБ до -10 дБ.

6 Разработана процедура синтеза оптимального по критерию минимума сред-неквадратической ошибки (СКО) линейного фильтра с симметричной импульсной характеристикой, обеспечивающего выигрыш на 1..22 % по количеству вычислительных операций при программной реализации алгоритма слежения в приемнике ССПИ в условиях воздействия УП, а также снижение среднеквадратического отклонения фазовой ошибки в контуре ФАПЧ до 2..3 раз при низком порядке фильтра.

7 Разработан алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ при низком отношении сигнал-шум на основе суммирования ВКФ, обеспечивающий снижение объема памяти, необходимого для хранения отсчетов ВКФ, до 1,7..2раз при

уменьшении вероятности правильного обнаружения и оценки параметров сигнала с допустимой точностью не более чем на 1 ..2 %.

Достоверность. Достоверность полученных в диссертационной работе результатов и выводов обеспечивается качественным и количественным сопоставлением результатов имитационного моделирования с известными положениями теории обработки сигналов.

Практическая ценность работы. Представленные в работе алгоритмы поиска и обнаружения сигнала, а также алгоритмы слежения могут быть использованы в существующих и перспективных ССПИ в режиме вхождения в синхронизм и передачи различного рода информации (радиотелеметрия, команды управления и др.) при действии таких мешающих факторов, как преднамеренные и непреднамеренные помехи, изменение условий распространения сигнала в радиоканале, высокая динамика взаимного перемещения передатчика и приемника ССПИ и т.п. Результаты диссертационной работы нашли применение в действующей аппаратуре ФГУП «Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения», что подтверждено соответствующим актом.

Основные положения, выносимые на защиту

1 Устойчивый к действию УП быстрый алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ с адаптивным формированием опорных сигналов и выбором ветви одноуровневого ВПР в базисе Хаара, обеспечивающий снижение вычислительных затрат на 15..50 % по сравнению с аналогичным алгоритмом на основе оптимальной линейной фильтрации.

2 Алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования, обеспечивающий повышение устойчивости к действию БГШ в условиях воздействия помехи с ограниченным спектром до 3..3,5 дБ по сравнению с применением оптимальной линейной фильтрации.

3 Процедура синтеза оптимального по критерию минимума СКО симметричного линейного фильтра, обеспечивающего выигрыш на 7..22 % по количеству вычислительных операций при программной реализации алгоритма слежения в приемнике ССПИ в условиях воздействия УП, а также снижение среднеквадратического отклонения фазовой ошибки в контуре ФАПЧ до 2..3 раз при низком порядке фильтра.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1 13-я, 14-я, 15-я Международная научно-техническая конференция «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» 2004, 2005, 2008 гг., г. Рязань.

2 7-я и 9-я Международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение» 2005, 2007 гг., г. Москва.

3 Всероссийский научно-практический семинар «Сети и системы связи» 2005 г., г. Рязань.

4 X, XI, XII Всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследования и в образовании" 2005,2006,2007 гг., г. Рязань.

5 31-я Межвузовская научно-практическая конференция «Информационные технологии, сети, системы связи и телекоммуникации» 2006 г, г. Рязань.

6 Научная сессия МИФИ-2007, г. Москва.

7 5-я международная научно-техническая конференция "К.Э. Циолковский -150 лет со дня рождения. Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика" 2007 г., г. Рязань.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ. Из них 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ для кандидатских диссертаций, 1 статья в межвузовском сборнике, 12 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 167 наименований и 2 приложений. Диссертация содержит 177 страниц, в том числе 117 страниц основного текста, и 45 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы; определены цели и задачи, рассматриваемые в диссертационной работе. Перечислены новые научные результаты, полученные в данной работе; представлены её практическая ценность и апробация; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе предложены эффективные при действии помех алгоритмы поиска и обнаружения широкополосного фазоманипулированного сигнала ССПИ с использованием оптимальной линейной фильтрации, адаптивного формирования опорного сигнала, а также линейного предыскажения и корректирования.

С целью повышения устойчивости к действию помех предложен быстрый алгоритм поиска и обнаружения широкополосного ФМн-2 сигнала ССПИ с использованием адаптивного выбора ветви ВПР и оптимальной по критерию минимума СКО линейной фильтрации (ОЛФ), структурная схема которого представлена на рисунке 1.

iHi>

7J43)

'"(А).

ОЛФ

-о<л

БПФ

2%Н

Блок расчета ИХ ОЛФ

Блок выбора ветви ВПР

=4 ПЗУ

ВПР1

БПФ

ВКФ I I

ОБПФ

¥ Дг

Комплексное сопряжение

Рисунок 1

Здесь И и С -фильтры соответственно низкочастотной и высокочастотной ветвей ВПР; 11 - прореживание с коэффициентом 2; ОБПФ - обратное БПФ, ИХ -импульсная характеристика, ПЗУ - постоянное запоминающее устройство. В блоке выбора ветви ВПР производится поочередная оценка дисперсии помехи в каждой ветви ВПР, и в дальнейшем используется ветвь, в которой данная оценка минимальна. При использовании частоты дискретизации, в 4 раза превышающей промежуточную частоту сигнала, это обеспечивает выбор ветви ВПР с максимальным значением от-

ношения сигнал-помеха Импульсная характеристика ОЛФ в случае статистической независимости шума, помехи и сигнала рассчитывается согласно выражению

ь0ЛФ =(£;)"'г;, (1)

где И" - оценка корреляционной матрицы коэффициентов х"(к) выбранной ветви ВПР принятой реализации; г* - автокорреляционная функция (АКФ) сигнала на выходе выбранной ветви ВПР.

Использование ОЛФ увеличивает вычислительные затраты, поэтому предложен быстрый алгоритм поиска и обнаружения с адаптивным формированием опорных сигналов, структурная схема которого представлена на рисунке 2.

[ ЙЙч

ВКФ

БПФ

Блок выбора ветви ВПР

ПЗУ

ОБГТФ

Ат

Блок формирования опорного сигнала

БПФ

Комплексное сопряжение

Рисунок 2

При этом действительная и мнимая части т -го опорного сигнала рассчиты-

ваются в соответствии с выражениями

где в*', в" - квадратурные составляющие т -го сигнала на выходе выбранной ветви ВПР; - оценка корреляционной матрицы аддитивной смеси шума и помехи на

выходе выбранной ветви ВПР.

Предложенный быстрый алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ с адаптивным формированием опорных сигналов обеспечивает снижение вычислительных затрат по сравнению с алгоритмом, структурная схема которого представлена на рисунке 1, на 15..50 % в зависимости от количества опорных сигналов.

С помощью имитационного моделирования проведены исследования помехоустойчивости известных и предложенных алгоритмов поиска и обнаружения сигнала при использовании ФМн-2 сигнала ССПИ «КаиаЬ с расширением спектра модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью, состоящей из 1023 элементов и имеющей период 1 мс. В качестве помехи использован узкополосный гауссовский шум с гауссовской формой огибающей спектральной плотности мощности (СПМ) и эффективной шириной спектра, изменяющейся в пределах 1..5% полосы сигнала. Получены зависимости вероятности правильного обнаружения и оценки параметров сигнала с допустимой точностью, представленные на рисунке 3. Из анализа представленных на рисунке 3 зависимостей следует, что предложенные быстрые алгоритмы поиска и обнаружения на основе ОЛФ (зависимость 3) и адаптивного формирования

0.9 0.8 0.7 ОБ 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 О

-45 -40 -35 -30 -25 -20 ?т, дБ Рисунок 3

опорного сигнала (зависимость 4) обеспечивают повышение помехоустойчивости по отношению к известным алгоритмам поиска и обнаружения на основе БПФ (зависимость 1), а также на основе ВПР и БПФ (зависимость 2) примерно на 25 дБ. Пунктирными линиями на рисунке 3 представлены зависимости, полученные для предложенных алгоритмов в случае грубой аппроксимации СПМ помехи прямоугольной функцией, при этом помехоустойчивость снижается приб-

лизительно на 15 дБ.

Применение предложенного быстрого алгоритма поиска и обнаружения сигнала ССПИ с адаптивным формированием опорного сигнала требует решения матричного уравнения (2) большой размерности на этапе адаптации. Поэтому в ряде случаев целесообразно использование предложенного быстрого алгоритма поиска и обнаружения на основе ОЛФ, структурная схема которого представлена на рисунке 1. В этом случае может быть предложен известный алгоритм расчета спектра Х"(л) прошедшего фильтрацию сигнала х" (к), в котором применяется свертка в частотной области путем поэлементного перемножения спектра Х"(и) дополненной нулями принятой реализации на выходе выбранной ветви ВПР и спектра Н0(п) дополненной нулями ИХ ОЛФ Ь^ф . При этом производится промежуточный переход во временную область для удаления избыточных отсчетов, появившихся в результате рассмотренного дополнения нулями, что увеличивает вычислительные затраты.

С целью уменьшения объема вычислительных затрат предложена модификация алгоритма расчета спектра прошедшего фильтрацию сигнала. Структурная схема модифицированной части алгоритма представлена на рисунке 4. При этом уменьшение количества отсчетов в 2 раза осуществляется в соответствии с известным выражением

где N - длина реализации сигнала; (•)* - оператор комплексно сопряжения. Разделение X" (и) на два вектора половинной длины производится согласно выражению

X* (и) = хг(и) а; (и)+хг {N/2 - п) в; («),

(3)

Ваг(и) = (1/2)(1 + jay(-j2^кn|N)), л = 0,^/2-1,

х;(я) = х,"(и), л = 0,Л74-1,

(4)

Х»(и) = Х3"(»|), и = 0,N/4-1, т = Ы/4,N/2-1.

Расчет вспомогательного вектора проводится в соответствии с выражением

п = 0,N/4-1, т = 0,N/4-1, I = 0,N/4-1,

Х0» НДл)

Рисунок 4

где \У(т) = ехр(- у27гот/(/У/2))/(Л'/4); РП"\ •]- оператор БПФ, вычисляемого

посредством алгоритма с прореживанием по времени, но без двоично-инверсной перестановки входной последовательности. Вычисление искомого спектра осуществляется согласно известной формуле

х/(°) = Х7 (О)АЛ72(О) + ХГ (0)Вад(0), _

х;(л) = Х7-(и)А„/2(л) + ХГ -и)В№(л), п = 1,^/4-1, х;(^/4) = Ке[х-(0)]-1т[х;(0)], Х,(п) = Х?{М/2-п), п=Ы/ 4 + 1,N/2-1

А т(п) = (1/2)(1-;ехр(-;2кп/(Л72))), Ввд («) = (1/2)(1 + усхр(-]2пп/(Ы/2))).

В ряде ССПИ возникает необходимость поиска и обнаружения двух и более сигналов одновременно, при этом может быть использован известный алгоритм расчета спектров двух прошедших фильтрацию сигналов. С целью снижения вычислительных затрат предложена аналогичная представленной на рисунке 4 модификация данного алгоритма.

Установлено, что предложенные алгоритмы расчета спектров прошедших фильтрацию сигналов позволяют уменьшить количество выполняемых при фильтрации вычислительных операций на 15.. 19 %, а общий объем вычислительных затрат на этапе поиска и обнаружения может быть снижен до 12.. 14 %.

Одним из эффективных методов повышения помехоустойчивости ССПИ является использование линейного предыскажения и корректирования сигнала. В работах В.К. Маригодова предложены алгоритмы расчета оптимальных амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) предыскажающего и корректирующего фильтров при условии их взаимной обратности, что существенно упрощает синтез и позволяет восстановить исходный спектр сигнала на приемной стороне. Однако использование условия взаимной обратности АЧХ приводит к тому, что при низком отношении сигнал-помеха ССПИ с линейным предыскажением и корректированием сигнала сущест-

венно проигрывает в помехоустойчивости ССПИ с оптимальной линейной фильтрацией. В работах Л. Френкса предложен алгоритм расчета оптимальных АЧХ предыс-кажающего и корректирующего фильтров без наложения условия их взаимной обрат-ности. При этом решается вариационная задача минимизации функционала СКО на выходе корректирующего фильтра _ й»; .

е1 = | ¿(^-^О^Я^уа)!)2 +^{со) + С{а))\Н10гисоП ¿а (7)

•»I

при ограничении на мощность сигнала на выходе предыскажающего фильтра

Р„ = \5{т)\Нрг{]о>)\^о>, (8)

где -СПМ сигнала; Ы{а) -СПМБГШ; С,(ш) -СПМ помехи; \Нрг(]со)\ - АЧХ предыскажающего фильтра; \Нсоги®)\ - АЧХ корректирующего фильтра; щ, <я2 - граничные частоты полосы пропускания системы.

При реализации алгоритма поиска и обнаружения на основе БПФ путем анализа ВКФ принятого и опорного сигналов осуществляется обнаружение сигнала, а также оценка его псевдозадержки. Наличие помехи с ограниченным спектром в полосе сигнала приводит к значительному искажению спектра сигнала после прохождения предыскажающего и корректирующего фильтров, вследствие чего существенно увеличивается уровень боковых лепестков ВКФ. Это приводит к снижению вероятности оценки псевдозадержки с точностью, достаточной для успешного захвата сигнала. В связи с этим предложено при решении вариационной задачи синтеза АЧХ предыскажающего и корректирующего фильтров ввести дополнительное условие

Р„ = г\Н„ЦаЦ<1е>,

(9)

накладывающее ограничение на мощность сигнала на выходе корректирующего фильтра. Использование ограничения (9) позволяет снизить уровень боковых лепестков ВКФ и, как следствие, повысить вероятность правильного обнаружения и оценки параметров сигнала ССПИ с допустимой точностью.

На рисунке 5 представлены полученные с помощью имитационного моделиро-

рв

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

......г/^ \1

! 1

-17 -16 -15 -14 -13 -12 Рисунок 5

Я.> ДБ

вания зависимости вероятности правильного обнаружения и оценки параметров широкополосного ФМн-2 сигнала ССПИ «Каиа!» от отношения сигнал-шум при наличии на несущей частоте сигнала помехи с эффективной шириной спектра, равной 10 % полосы сигнала, при этом отношение сигнал-помеха составляет -30 дБ. Здесь использованы следующие обозначения зависимостей: 1 - оптимальная фильтрация; 2 - предыскажение и корректирование без предложенного дополнительного условия (9); 3 - предыскаже-

ние и корректирование с использованием предложенного ограничения (9). Из анализа представленных зависимостей следует, что использование предложенного алгоритма поиска и обнаружения с использованием линейного предыскажения и корректирования сигнала позволяет повысить помехоустойчивость примерно на 1 дБ. По сравнению с алгоритмом поиска и обнаружения на основе оптимальной линейной фильтрации обеспечено повышение помехоустойчивости на 3..3,5 дБ.

Во второй главе проведен анализ воздействия различного вида преднамеренных и непреднамеренных помех на систему слежения ССПИ, осуществлена оптимизация контура ФАПЧ по нескольким показателям качества, а также предложена процедура синтеза цифрового нерекурсивного симметричного фильтра, обеспечивающего повышение эффективности системы слежения ССПИ при действии УП.

Проанализировано влияние различного рода преднамеренных и непреднамеренных помех на цифровые системы слежения ССПИ, использующих широкополосные ФМн-2 сигналы. Показано, что степень воздействия гармонической помехи (ГП) имеет наибольшее значение при величинах частотной расстройки Д/^ относительно несущей сигнала, определяемых выражением

Д/га =Ь/(2ГПСТ1), (10)

где Ь - целое нечетное число; Гпсп - период ПСП сигнала. Установлено, что наличие ГП, способной нарушить функционирование системы слежения ССПИ, использующей широкополосный ФМн-2 сигнал, может быть легко обнаружено путем анализа спектра принятой реализации. При этом появляется возможность применения режек-ции и восстановления работоспособности ССПИ в условиях действия мощной Ш.

Показано, что оптимальная с точки зрения энергетики станции постановки помех скорость изменения частоты уводящих по частоте ретранслированной (РП) и имитационной (ИП) помех должна быть на 1..2 порядка выше, чем максимальная скорость изменения доплеровского сдвига частоты сигнала в средне- и низкоорбитальных ССПИ. Это позволяет предложить в качестве меры борьбы с данными видами помех фиксацию значения средней частоты в контуре ФАПЧ, если скорость изменения данной частоты превышает некоторое пороговое значение.

Показано, что мощность передатчика ИП при равной степени воздействия на систему слежения ССПИ может быть на 10..20 дБ ниже, чем мощность передатчика РП. В то же время установлено, что, в отличие от ИП, использование РП не требует наличия априорной информации о периоде ПСП подавляемой ССПИ, оценка которого может быть успешно проведена с помощью автокорреляционной обработки сигнала ССПИ.

В системах слежения ССПИ, использующих ФМн-2 сигнал с расширением спектра модуляцией несущей ПСП, часто применяется контур ФАПЧ с астатизмом 2-го порядка в виде петли Костаса, который, в отличие от контура ФАПЧ с астатизмом 3-го порядка, всегда устойчив и более прост в анализе. При этом наиболее важными показателями качества являются флуктуационная ошибка, динамическая ошибка, а также время установления режима синхронизма. Дисперсия флуктуационной ошибки в контуре ФАПЧ с астатизмом 2-го порядка в виде петли Костаса определяется выражением

1 "г + ^ (Ш

где К1 - коэффициент усиления петли; Л! - амплитуда сигнала;

а,, а2 - коэффициенты петлевого фильтра; 5„(<у) -СПМ эквивалентного фазового

шума. Значение установившейся динамической ошибки вследствие изменения допле-ровского сдвига частоты сигнала определяется выражением

(12)

где е>'в - скорость линейного изменения доплеровского сдвига частоты. Время установления режима синхронизма может быть оценено выражением

/.«^./(^(нв.Д^в,1))). (13)

Показатели качества (П)..(13) должны рассматриваться в комплексе, поэтому предложен комбинированный критерий оптимальности

*'» = + (14)

где /? = 0,1 - весовой множитель; <5,1нори = ^/^„а, - нормированный показатель качества; 8г=аЯ1+<р!\ ^= /11 шх -нормированное время установления режима синхронизма; - максимально допустимые значения показателей качества.

Ряд современных и перспективных ССПИ функционируют в условиях априорной неопределенности относительно отношения сигнал-шум на входе приемника. Поэтому представляет интерес повышение робастности ССПИ к изменению отношения сигнал-шум. Показано, что в случае /3 = 0,5 использование коэффициентов от, и

а2 петлевого фильтра контура ФАПЧ, оптимальных для отношения сигнал-шум, равного -25 дБ, обеспечивает наименьшее среднее значение результирующего показателя качества (14) при изменении величины отношения сигнал-шум в пределах от -30 дБ до-10 дБ.

Одним из часто используемых методов повышения устойчивости систем слежения ССПИ к действию УП является применение фильтрации сигнала перед подачей его на контуры слежения. С целью снижения вычислительных затрат, а также уменьшения ошибки слежения предложена процедура синтеза цифрового нерекурсивного симметричного оптимального по критерию минимума СКО линейного фильтра:

1 Производится расчет квазисимметричной ИХ

ЬМФ= (II,+ !*„)''г,', где ф) = г,(*- М0ЛФ/2), к = 0,А/ОЛО -1, (15)

где г, (к) - АКФ сигнала; Мот - порядок нерекурсивного фильтра; II, и Нл - корреляционные матрицы статистически независимых сигнала и помехи соответственно.

2 Замена квазисимметричной ИХ на симметричную

ь^(*) = ьОЛФ(*И = о,л/ОЛФ/2,

_ (16)

Ь0ЛФ (к) = Ьолф (МЗЛФ -к),к = Мот/2 + \,Мот.

3 Для различных значений коэффициента У проводится дополнительная многомерная оптимизация , при этом целевая функция на ;-й итерации имеет вид

(18)

I = -2г>, + Н? (И, + И„)Ь, + Ч-Ди? (Я, + И>,), (17)

где И, - ИХ фильтра на / -й итераши. При этом с целью сохранения симметрии ИХ на каждом шаге оптимизации осуществляется симметрирование согласно выражению (*) = Ь,-к), к = О,А/0ЛФ/2-1,

Ь/+1 (к) = Ь,(к), к = Мот/2,МОЛФ-

В результате дополнительной оптимизации для каждого значения коэффициента Ч* получена симметричная импульсная характеристика Ьс0™£(к,У).

4 В качестве импульсной характеристики оптимального фильтра среди всех векторов отсчетов Ьс0™ (к, Ч*) выбирается тот, который обеспечивает наименьшее значение СКО.

Показано, что использование симметричной ИХ фильтра позволяет сократить количество вычислительных операций при реализации фильтрации приблизительно на 25 %, а общий объем вычислительных затрат на этапе слежения уменьшается на 7..22 % в зависимости от порядка фильтра.

В качестве примера на рисунке 6 представлены полученные с помощью имитационного моделирования зависимости среднеквадратического отклонения фазовой ошибки в контуре ФАПЧ системы слежения ССПИ от порядка цифрового нерекурсивного фильтра, при этом в качестве УП использован узкополосный гауссовский шум с прямоугольной формой огибающей СПМ и шириной полосы, составляющей 1,5 % полосы сигнала при отношении сигнал-шум, равном -5 дБ, и отношении сигнал-

помеха -40 дБ. На рисунке 6 использованы следующие обозначения зависимостей:

1 - симметричный фильтр, синтезированный согласно предложенной процедуре без дополнительной оптимизации;

2 - несимметричный фильтр, синтезированный с помощью известного алгоритма;

V 40

.......л.........

/ Хд

/......IX.

2 3

1 -

М„

4 6 В 10

Рисунок 6

3 - симметричный фильтр, синтезированный в соответствии с предложенной процедурой с использованием дополнительной оптимизации.

Как следует из анализа представленных на рисунке 6 зависимостей, при малых значениях порядка фильтра использование синтезированной согласно предложенной процедуре ИХ позволяет до 2..3 раз снизить величину ошибки слежения в контуре ФАПЧ. При значениях порядка фильтра от 16 и выше величины среднеквадратического отклонения фазовой ошибки для симметричного и несимметричного фильтров практически равны.

В третьей главе рассмотрены аспекты практической реализации предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения, а также разработан алгоритм поиска и обнаружения широкополосного ФМн-2 сигнала ССПИ при низком отношении сигнал-шум, обеспечивающий снижение объема памяти приемника.

С помощью имитационного моделирования проведены исследования влияния разрядности аналого-цифрового преобразователя (АЦП) на эффективность быстрых алгоритмов поиска и обнаружения, а также алгоритмов слежения за параметрами сиг-

нала ССПИ. Показано, что при использовании АЦП со значениями разрядности от 8 до 16 бит, наиболее часто применяемыми в современной аппаратуре, характеристики предложенных алгоритмов обработки сигнала ССПИ не ухудшаются по сравнению с отсутствием квантования входной реализации.

Установлено, что использование формата представления чисел с фиксированной запятой при программной реализации контуров слежения приемника ССПИ приводит к срыву слежения. Поэтому при аппаратно-программной реализации алгоритма слежения ССПИ целесообразно использовать цифровые сигнальные процессоры (ДСП), обеспечивающие обработку данных с плавающей запятой. Показано, что программная реализация нерекурсивной фильтрации для борьбы с УП в алгоритме слежения возможна при использовании формата представления чисел с фиксированной запятой, причем применение разрядности данных от 8 бит и выше не приводит к ухудшению характеристик по сравнению с использованием формата двойной точности с плавающей запятой.

В настоящее время все чаще применяется прямой цифровой синтез сигнала, при этом появляется возможность реализации адаптивного линейного предыскажения и корректирования в цифровом виде. С помощью имитационного моделирования проведены исследования влияния порядка цифрового корректирующего фильтра на эффективность алгоритма слежения в условиях действия помех с ограниченным спектром. Показано, что значительное ухудшение характеристик ССПИ наблюдается при значениях порядка цифрового нерекурсивного корректирующего фильтра от 100.. 150 и ниже.

В ряде современных и перспективных ССПИ возникает необходимость осуществления поиска и обнаружения сигнала при низком отношении сигнал-шум. При этом может быть использован известный алгоритм поиска и обнаружения на основе БПФ с накоплением взятых по модулю ВКФ. С целью уменьшения объема памяти, требуемого для накопления ВКФ, предложен двухпороговый алгоритм поиска и обнаружения широкополосного ФМн-2 сигнала ССПИ, структурная схема которого представлена на рисунке 7. При этом первый порог г\ используется для отбрасывания

Рисунок 7

отсчетов полученной на очередной итерации накопления ВКФ аддитивной смеси сигнала с шумом з,(к) + п,(к) и опорного сигнала в,,(А:), а второй порог г! - для обнаружения сигнала. Показано, что при отношении сигнал-шум, равном -27,5 дБ, предложенный алгоритм поиска и обнаружения позволяет сократить объем памяти до 25..50 %, при этом снижение вероятности правильного обнаружения и оценки параметров сигнала с допустимой точностью составляет не более 1..2 %.

Проведен анализ основных параметров ДСП ведущих мировых производителей. Показано, что существующие ДСП с производительностью до 1800.3600 миллионов

операций с плавающей запятой в секунду и объемом памяти до 3 Мбайт позволяют осуществить реализацию в режиме реального времени быстрых алгоритмов поиска и обнаружения - при длине реализации до 214..216 отсчетов и алгоритма слежения с нерекурсивной фильтрацией - при частоте дискретизации сигнала до 20..50 МГц.

В заключении приведены основные научные и практические результаты диссертационной работы:

1 Разработан алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ с адаптивным к действию УП формированием опорных сигналов, позволяющий снизить вычислительные затраты на 15..50 % по сравнению с алгоритмом, использующим оптимальную линейную фильтрацию.

2 Произведена модификация алгоритма фильтрации в частотной области для алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ, позволяющая на 15.. 19 % снизить объем вычислительных затрат без ухудшения других характеристик алгоритма поиска и обнаружения.

3 Предложен алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ на основе БПФ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования, обеспечивающий в условиях действия помех с ограниченным спектром повышение устойчивости к действию БГШ до 3..3,5 дБ по сравнению с алгоритмом поиска и обнаружения с оптимальной линейной фильтрацией.

4 Проведен анализ эффективности воздействия на систему слежения ССПИ гармонической, ретранслированной и имитационной помех, определены их оптимальные параметры. Показано, что мощность передатчика ИП может быть на 10..20 дБ ниже, чем мощность передатчика РП. Предложен ряд мер по борьбе с рассмотренными видами помех в приемнике ССПИ.

5 Обоснован критерий оптимальности при синтезе петлевого фильтра контура ФАПЧ с астатизмом 2-го порядка системы слежения ССПИ, включающий несколько показателей качества. Обеспечена робастность системы слежения ССПИ к изменению отношения сигнал-шум от -30 дБ до -10 дБ.

6 Разработана процедура синтеза оптимального по критерию минимума СКО линейного фильтра с симметричной импульсной характеристикой, обеспечивающего выигрыш на 7..22 % по количеству вычислительных операций при программной реализации алгоритма слежения в приемнике ССПИ в условиях воздействия УП, а также снижение среднеквадратического отклонения фазовой ошибки в контуре ФАПЧ до 2..3 раз при низком порядке фильтра.

7 Проведены исследования влияния разрядности АЦП и формата представления чисел на эффективность программной реализации предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ. Показано, что для обеспечения наилучших характеристик алгоритмов поиска, обнаружения и слежения необходимо использовать АЦП с разрядностью 8 бит и выше. Установлено, что программная реализация контуров слежения ССПИ возможна только в случае использования формата представления чисел с плавающей запятой.

8 Предложен алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ при низком отношении сигнал-шум на основе суммирования ВКФ, обеспечивающий снижение объема памяти, необходимого для хранения отсчетов ВКФ, до 1,7..2раз при уменьшении вероятности правильного обнаружения и оценки параметров сигнала с допустимой точностью не более чем на 1..2 %.

9 Проведен анализ влияния величины порядка цифрового нерекурсивного корректирующего фильтра ССПИ на эффективность алгоритма слежения при использо-

вании линейного предыскажения и корректирования сигнала. Показано, что при использовании корректирующего фильтра порядка 50 и менее среднеквадратическое отклонение фазовой ошибки в контуре ФАПЧ увеличивается в 1,5..2 раза и более по сравнению с применением фильтра порядка 300 и выше.

10 Проведен анализ производительности и объема памяти современных ЦСП. Установлено, что существующие ЦСП с производительностью 1800..3600 MFLOPS и объемом встроенной оперативной памяти до 3 Мбайт позволяют осуществлять реализацию предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ в режиме реального времени.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Бахурин С.А., Слесарев A.C. Исследование алгоритмов обнаружения и слежения в программно реализованном приемнике спутниковых навигационных радиосигналов // Тезисы докладов 13-й Международной научно-технической конференции «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций». Рязань, РГРТА, 2004. С. 33-34.

2 Кириллов С.Н., Бахурин С.А., Слесарев A.C. Быстрые алгоритмы поиска и слежения за спутниковыми навигационными радиосигналами в программно реализованном приемнике // Доклады 7-й международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение» Москва, 2005. Т.1. С. 271-274.

3 Бахурин С.А., Слесарев A.C. Быстрые алгоритмы корреляционной обработки сигналов спутниковых систем передачи информации // Тезисы доклада всероссийского научно-практического семинара «Сети и системы связи», Рязань, 2005. С. 278-279.

4 Бахурин С.А., Слесарев A.C. Быстрые алгоритмы поиска спутниковых навигационных радиосигналов в приемоиндикаторе с программной корреляционной обработкой // X Всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов НИТ-2005. Рязань: РГРТА, 2005. С. 32-33.

5 Круглов A.B., Кириллов С.Н., Бахурин С.А. Слесарев A.C., Ватутин В.М. Быстрые алгоритмы обработки фазоманипулированных сигналов в системах передачи информации радиолиний управления и телеметрии космических аппаратов // Электромагнитные волны и электронные системы. № 10,2005. С. 57-64.

6 Кириллов С.Н., Слесарев A.C. Быстрый алгоритм поиска и обнаружения сложных фазоманипулированных сигналов спутниковых систем передачи информации // Тезисы докладов 14-й Международной научно-технической конференции «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций». Рязань, РГРТА, 2005. С. 63-64.

7 Слесарев A.C. Быстрый алгоритм поиска сложных фазоманипулированных спутниковых сигналов с элементами адаптации // Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании: материалы XI Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов. Рязань: РГРТУ, 2006. С. 53-54.

8 Слесарев A.C. Алгоритм корреляционной обработки сигналов спутниковых систем передачи информации на основе некогерентного накопления // Информационные технологии, сети, системы связи и телекоммуникации: материалы 31-й межвузовской научно-практической конференции. Рязань: РВВКУС, 2006. С. 156.

9 Кириллов С.Н., Слесарев A.C. Анализ устойчивости систем синхронизации космических радиолиний передачи информации к действию помех // Доклады 9-й

международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение» Москва, 2007. Т. 1. С. 239-241.

10 Слесарев A.C. Устойчивость контуров ФАПЧ систем синхронизации космических радиолиний передачи информации к действию мешающих факторов и помех // XII Всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов НИТ-2007. Рязань: РГРТА, 2007. С. 136.

И Кириллов С.Н., Слесарев A.C. Алгоритм обнаружения сложных фазомани-пулированных сигналов спутниковых систем передачи информации при низком отношении сигнал-шум // Вестник РГРТА. Выпуск 20. Рязань, 2007. С. 41-44.

12 Кириллов С.Н., Слесарев A.C. Двухпороговый алгоритм обнаружения сложных фазоманипулированных сигналов при низком отношении сигнал-шум // Научная сессия МИФИ-2007. Сборник научных трудов. В 17 томах. Т.2. Технологии разработки программных систем. Информационные технологии. М.: МИФИ, 2007. С. 145-146.

13 Кириллов С.Н., Слесарев A.C., Цыплаков A.A. Повышение устойчивости системы фазовой синхронизации спутниковых радионавигационных систем к воздействию мешающих факторов // 5-я международная научно-техническая конференция "К.Э. Циожовский -150 лет со дня рождения. Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика". Рязань: РГРТУ, 2007. С. 169-171.

14 Кириллов С.Н., Бахурин С.А., Слесарев A.C. и др. Цифровая обработка сигналов помехоустойчивых космических радиолиний. Модели, алгоритмы и технические средства: / Под ред. В.М. Ватутина. - М.: Радиотехника, 2007. - 96 с.

15 Ватутин В.М., Леонов М.С., КругловА.В., Кириллов С.Н., Бахурин С.А., Слесарев A.C., Смирнов C.B. Модели и быстрые алгоритмы корреляционной обработки сигналов радиолиний передачи информационно-управляющих потоков // Информационно-измерительные и управляющие системы, №7, т.5, 2007 г. С. 41-43.

16 Слесарев A.C. Оптимизация передаточной функции петлевого фильтра контура ФАПЧ с астатизмом второго порядка систем синхронизации спутниковых командно-программных радиолиний // Вестник РГРТУ. Выпуск 22. Рязань, 2007. С. 115118.

17 Слесарев A.C. Оптимизация передаточной функции контура ФАПЧ системы синхронизации космической радиолинии передачи информации // Тезисы докладов 15-й Международной научно-технической конференции «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций». Рязань, РГРТА, 2008. С. 65-66.

18 Кириллов С.Н., Слесарев A.C. Модификация алгоритма цифровой фильтрации фазоманипулированного сигнала блока поиска и обнаружения спутниковой радиотехнической системы передачи информации // Вестник РГРТУ. № 4 (выпуск 26). Рязань, 2008. С. 28-32.

19 Кириллов С.Н., Слесарев A.C. Быстрый алгоритм поиска и обнаружения фазоманипулированного сигнала спутниковой системы передачи информации, адаптивный к действию узкополосных помех // Вестник РГРТУ. № 1 (выпуск 27). Рязань, 2009. С. 3-7.

Соискатель

С^е^иx^e-Ç / A.C. Слесарев /

Слесарев Алексей Сергеевич

Эффективные алгоритмы обработки фазоманипулированных сигналов в устройствах поиска, обнаружения и слежения спутниковых систем передачи информации при действии мешающих факторов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 6.05.2009.

Формат бумаги 60x84 1/16. Условных печатных листов 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 34.

Участок оперативной полиграфии ГНУ ВНИМС, 390025, Рязань, ул. Щорса, д. 38/11.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Слесарев, Алексей Сергеевич

введение.

1 быстрые алгоритмы поиска и обнаружения сигналов сспи, адаптивные к действию помех.

1.1 Вводные замечания.

1.2 Быстрый алгоритм поиска и обнаружения сигнала, адаптивный к действию узкополосных помех.

1.3 Модификация алгоритма цифровой фильтрации блока поиска и обнаружения сигнала ССПИ.

1.4 алгоритм поиска и об11аружения ССПИ с адаптивным предыскажением и корректированием сигнала.

1.5 Выводы.

2 повышение эффективности алгоритмов синхронизации сспи в условиях действия мешающих факторов.

2.1 Вводные замечания.

2.2 Исследование устойчивости систем слежения ССПИ к действию помех.

2.3 повышение устойчивости к011тура фапч с астатизмом второго порядка к изменению отношения сигнал-шум в условиях переменного доплеровского сдвига частоты сигнала.

2.4 Повышение эффективности алгоритма слежения ССПИ в условиях действия узкополосных помех.

2.5 Выводы.

3 практические аспекты реализации алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала сспи.

3.1 Вводные замечания.

3.2 Исследование влияния разрядности АЦП и формата представления чисел на эффективность практической реализации алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ.

3.3 Исследование влияния порядка адаптивных цифровых предыскажающего и корректирующего фильтров на эффективность практической реализации алгоритма слежения.

3.4 алгоритм поиска и обнаружения сигнала сспи при низком отношении сигнал-шум, обеспечивающий уменьшение объема памяти приемника.

3.5 Аппаратно-программная реализация алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигналов ССПИ.

3.6 Выводы.

Введение 2009 год, диссертация по радиотехнике и связи, Слесарев, Алексей Сергеевич

Актуальность темы. В настоящее время наблюдается большой интерес к спутниковым системам передачи информации (ССПИ), область их применения постоянно расширяется. Основными этапами функционирования приемника ССПИ являются поиск и обнаружение сигнала, а также захват и последующее устойчивое слежение за параметрами сигнала. Большой вклад в развитие теории обнаружения и теории синхронизации внесли отечественные и зарубежные ученые Л.А. Вайнштейн, Я.Д. Ширман, Ю.Г. Сосулин, Л.М. Финк, Л.Е. Варакин, В.В. Шахгильдян, Г.И. Тузов, А.И. Перов, Э.Д. Витерби, Г. Ван Трис, В. Линдсей и др. [1.11].

Существует ряд характерных особенностей, отличающих ССПИ от других видов систем передачи информации [12. 14]. Во-первых, спутниковый канал передачи информации имеет большую протяженность, причем характеристики канала могут значительно изменяться в пространстве и во времени. Вследствие этого существенно возрастает актуальность придания свойств адаптивности и робастности алгоритмам обработки сигнала ССПИ.

Во-вторых, во многих ССПИ происходит достаточно быстрое взаимное перемещение передатчика и приемника, приводящее к появлению значительного доплеровского сдвига частоты и изменению задержки распространения сигнала. Это предъявляет повышенные требования к системам поиска и слежения сигнала ССПИ, вызывает необходимость применения многоканальных алгоритмов обработки.

В-третьих, по причине высокой протяженности канала передачи информации, а также жестких массогабаритных ограничений, накладываемых на бортовую аппаратуру ССПИ, отношение сигнал-шум на входе приемника ССПИ может быть достаточно низким. Данное обстоятельство обуславливает применение алгоритмов поиска, обнаружения и слежения, использующих накопление сигнала.

В связи с перечисленными особенностями в современных и перспективных ССПИ используются шумоподобные (сложные) сигналы [5, 15.17], основными преимуществами которых перед простыми сигналами являются высокая помехозащищенность, возможность кодового разделения абонентов при использовании общей полосы частот, обеспечение успешной борьбы с многолучевым распространением радиоволн. В настоящее время наиболее широкое распространение в ССПИ получили фазоманипулированные (ФМн) сигналы, простейшим видом которых является бинарный фазоманипулиро-ванный (ФМн-2) сигнал.

В связи с постоянным совершенствованием элементной базы все чаще применяется программная реализация алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ. Это связано с высокой гибкостью программной обработки сигналов, позволяющей легко перестраивать алгоритмы поиска и обнаружения, а также слежения в соответствии с изменением помеховой обстановки, условий распространения сигнала или приоритетной задачи [18]. Кроме того, программная реализация обеспечивает низкую стоимость и быстроту модернизации ССПИ при переходе на новые сигналы, что актуально в нынешних условиях бурного развития отрасли.

Программная реализация алгоритмов поиска и обнаружения сигнала ССПИ чаще всего выполняется на основе вычисления взаимной корреляционной функции (ВКФ) принятой реализации и опорного сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) [19.22]. Несмотря на постоянный рост производительности процессоров, актуальна задача снижения вычислительных затрат при реализации алгоритмов поиска и обнаружения сигнала ССПИ, что позволит уменьшить время вхождения в синхронизм или снизить стоимость приемной аппаратуры. В связи с этим в [23] предложен быстрый алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала на основе одноуровневого вейвлет-пакетного разложения (ВПР) в базисе Хаара [24, 25] и БПФ, позволяющий примерно в 2 раза снизить количество вычислительных операций при незначительном ухудшении характеристик обнаружения.

В современных ССПИ большое внимание уделяется борьбе с мощными узкополосными помехами (УП), являющимися одним из самых распространенных видов мешающих воздействий [26.28]. Использование фильтрации в составе программно реализованного быстрого алгоритма поиска и обнаружения на основе ВПР и БПФ увеличивает вычислительные затраты, а значит, и время вхождения в синхронизм ССПИ. Поэтому представляет интерес разработка быстрого алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала, требующего меньшего количества вычислительных операций при работе в условиях воздействия УП. Также важным представляется модификация алгоритма фильтрации в составе быстрого алгоритма поиска и обнаружения на основе ВПР и БПФ с целью снижения вычислительных затрат.

Одним из эффективных методов повышения устойчивости систем передачи информации к действию помех с ограниченным спектром (ПОС), является адаптивное линейное предыскажение и корректирование сигнала [29, 30]. В ряде случаев применение линейного предыскажения и корректирования позволяет значительно повысить характеристики ССПИ по сравнению с использованием оптимальной линейной фильтрации. Однако предложенные в известных работах алгоритмы расчета предыскажающего и корректирующего фильтров обладают рядом существенных недостатков, поэтому актуальна задача повышения эффективности адаптивного линейного предыскажения и корректирования при программной реализации поиска и обнаружения на основе БПФ.

Захват сигнала с последующим переходом к устойчивому слежению за параметрами сигнала ССПИ является следующим после поиска и обнаружения этапом вхождения в синхронизм [18]. Наиболее опасными для ССПИ мешающими воздействиями на этапе слежения являются специфические типы преднамеренных помех, такие как гармоническая, имитационная и ретранслированная [27, 31, 32]. В работах [11, 27, 31.38] уделяется недостаточно внимания анализу воздействия преднамеренных помех на цифровые системы слежения ССПИ. В связи с этим представляет интерес задача исследования действия различного рода помех на систему слежения ССПИ, а также разработка рекомендаций по борьбе с наиболее опасными видами поме-ховых воздействий.

Одним из основных элементов системы слежения приемника ССПИ, значительно влияющим на помехоустойчивость, является контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) [35]. К современным ССПИ предъявляются противоречивые требования по уменьшению ошибки слежения и снижению времени установления режима синхронизма [18, 35], что приводит к необходимости оптимизации контура ФАПЧ по нескольким показателям качества, включающим фазовую ошибку и время установления режима синхронизма. Кроме того, широкий диапазон изменения условий работы приемников ССПИ обуславливает потребность в придании системе слежения робастных свойств.

Для борьбы с УП в приемниках ССПИ часто применяется фильтрация сигнала, осуществляемая перед его подачей на следящие контуры [31, 32]. Однако в случае программной реализации это может предъявлять жесткие требования к производительности процессора. Поэтому важной является задача снижения вычислительных затрат, требуемых для выполнения фильтрации сигнала ССПИ при слежении за его параметрами в условиях действия УП, а также повышение эффективности фильтрации.

В настоящее время ко многим перспективным ССПИ предъявляются повышенные требования по устойчивости функционирования в условиях низкого отношения сигнал-шум. В этом случае могут использоваться алгоритмы поиска и обнаружения сигнала ССПИ на основе БПФ с накоплением ВКФ [39], что требует увеличения объема памяти приемника. Поэтому с точки зрения практической реализации актуальна задача разработки алгоритмов поиска и обнаружения сигналов ССПИ при низком отношении сигнал-шум, позволяющих уменьшить емкость запоминающего устройства приемника.

В результате аппаратно-программной реализации алгоритмов обработки сигнала ССПИ достигнутые характеристики могут значительно отличаться от полученных с помощью имитационного моделирования. Поэтому большое значение имеет исследование эффективности предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ при использовании различных форматов представления данных, применяемых в современных процессорах. Кроме того, необходим анализ возможности программной реализации разработанных алгоритмов на современной элементной базе.

Цель работы. Целью данной работы является разработка эффективных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами широкополосных фазоманипулированных сигналов ССПИ, обеспечивающих повышение устойчивости к действию мешающих факторов, а также снижение вычислительных затрат при программной реализации.

Поставленная цель работы включает решение следующих задач:

1 Разработка адаптивного к действию УП быстрого алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ, требующего меньшего количества вычислительных операций, чем быстрый алгоритм на основе ВПР и БПФ с использованием оптимальной линейной фильтрации.

Методы проведения исследований. В работе использовались методы статистической радиотехники и математической статистики, вариационного, матричного исчисления и вычислительной математики, а также современные алгоритмы цифровой обработки сигналов. Данные теоретические методы сочетались с экспериментальными исследованиями на основе имитационного моделирования.

Научная новизна. В рамках диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:

1 Разработан алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе одноуровневого ВПР в базисе Хаара и БПФ, обеспечивающий устойчивость к действию УП путем адаптивных выбора ветви ВПР и формирования опорных сигналов, при этом вычислительные затраты снижаются на 15.50 % по сравнению с аналогичным алгоритмом, в котором для борьбы с УП применяется оптимальный линейный фильтр.

2 Произведена модификация алгоритма фильтрации в частотной области для алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ в условиях действия УП, позволяющая на 15. 19% снизить объем вычислительных затрат без ухудшения других характеристик алгоритма поиска и обнаружения.

3 Предложен алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ на основе БПФ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования, обеспечивающий повышение устойчивости к действию белого гауссовского шума (БГШ) в условиях воздействия помех с ограниченным спектром до 3.3,5 дБ по сравнению с применением оптимальной линейной фильтрации.

4 Проведен анализ эффективности воздействия на систему слежения ССПИ различных видов помех, определены оптимальные параметры наиболее опасных помех. Показано, что мощность имитационной помехи может быть на 10.20 дБ ниже мощности ретранслированной помехи при равной степени воздействия на систему слежения ССПИ. Установлены возможные методы борьбы с данными помехами в приемнике ССПИ.

6 Разработана процедура синтеза оптимального по критерию минимума среднеквадратической ошибки (СКО) линейного фильтра с симметричной импульсной характеристикой, обеспечивающего выигрыш на 7.22% по количеству вычислительных операций при программной реализации алгоритма слежения в приемнике ССПИ в условиях воздействия УП, а. также снижение средне-квадратического отклонения фазовой ошибки в контуре ФАПЧ до 2.3 раз при низком порядке фильтра.

7 Разработан алгоритм поиска и, обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ при низком отношении сигнал-шум на основе суммирования ВКФ, обеспечивающий^ снижение объема'памяти^ необходимого для хранения отсчетов ВКФ, до 1,7.2 раз при уменьшении вероятности правильного обнаружения и оценки параметров сигнала с допустимой точностью не более чем на 1.2 %.

Достоверность. Достоверность полученных в диссертационной работе результатов и выводов обеспечивается качественным и количественным сопоставлением результатов имитационного моделирования* с известными положениями теории обработки сигналов.

Практическая ценность. Представленные в работе алгоритмы поиска и обнаружения сигнала, а также алгоритмыслежения могут быть использованы в существующих и перспективных ССПИ в режиме вхождения в синхронизм; и передачи различного рода информации (радиотелеметрия^ команды управления и др.) при действии таких мешающих факторов, как преднамеренные и непреднамеренные помехи, изменение условий распространения сигнала в радиоканале, высокая динамика взаимного перемещения передатчика и приемника ССПИ и т.п. Результаты диссертационной работы нашли применение в действующей аппаратуре ФГУП «Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения», что подтверждено соответствующим актом.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Устойчивый к действию УП быстрый алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ с адаптивным формированием опорных сигналов и выбором ветви одноуровневого ВПР в базисе Хаара, обеспечивающий снижение вычислительных затрат на 15.50 % по сравнению с аналогичным алгоритмом на основе оптимальной линейной фильтрации.

2 Алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования, обеспечивающий повышение устойчивости к действию БГИ1 в условиях воздействия помехи с ограниченным спектром до 3.3,5 дБ по сравнению с применением оптимальной линейной фильтрации.

3 Процедура синтеза оптимального по критерию минимума СКО симметричного линейного фильтра, обеспечивающего выигрыш на 7.22 % по количеству вычислительных операций при программной реализации алгоритма слежения в приемнике ССПИ в условиях воздействия УП, а также снижение среднеквадратиче-ского отклонения фазовой ошибки в контуре ФАПЧ до 2.3 раз при низком порядке фильтра.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

2 7-я и 9-я Международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение» 2005, 2007 гг., г. Москва.

3 Всероссийский научно-практический семинар «Сети и системы связи» 2005 г., г. Рязань.

6 Научная сессия МИФИ-2007, г. Москва.

7 5-я международная научно-техническая конференция "К.Э. Циолковский - 150 лет со дня рождения. Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика" 2007 г., г. Рязань.

Заключение диссертация на тему "Эффективные алгоритмы обработки фазоманипулированных сигналов в устройствах поиска, обнаружения и слежения спутниковых систем передачи информации при действии мешающих факторов"

Основные результаты диссертации можно сформулировать в следующем виде:

1 Разработан алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ с адаптивным к действию УП формированием опорных сигналов, основанный на одноуровневом ВПР в базисе Хаара с адаптивным выбором ветви и БПФ, при этом вычислительные затраты снижаются на 15.50 % по сравнению с аналогичным алгоритмом, в котором для борьбы с УП применяется оптимальный линейный фильтр.

2 Произведена модификация алгоритма фильтрации в частотной области для алгоритма поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ в условиях действия УП, позволяющая на 15.19% снизить объем вычислительных затрат без

140 ухудшения других характеристик алгоритма поиска и обнаружения.

Предложен алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ на основе БПФ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования, обеспечивающий в условиях действия ПОС с эффективной полосой, равной 5.20 % полосы сигнала, повышение устойчивости к действию БГШ до 3.3,5 дБ по сравнению с алгоритмом поиска и обнаружения на основе БПФ и оптимальной линейной фильтрации.

Проведен анализ эффективности воздействия на систему слежения ССПИ гармонической, ретранслированной и имитационной помех. Показана возможность эффективного применение РП при отсутствии на СП информации и коде ПСП сигнала ССПИ. Установлено, что оптимальные с энергетической точки зрения значения скорости изменения частоты РП и ИП на один-два порядка выше скорости изменения доплеровского сдвига частоты ССПИ, на основании чего предложены меры по борьбе с РП и ИП. Показано, что мгновенная мощность ИП может быть на 10.20 дБ ниже мощности РП- при равной степени воздействия на систему слежения ССПИ.

Обоснован критерий оптимальности при' синтезе петлевого фильтра контура ФАПЧ с астатизмом 2-го порядка системы слежения ССПИ, включающий несколько показателей качества. Обеспечена робастность системы слежения ССПИ к изменению отношения сигнал-шум в диапазоне от -30 дБ до -10 дБ.

Разработана процедура синтеза оптимального по критерию минимума СКО линейного фильтра с симметричной импульсной характеристикой, обеспечивающего выигрыш на 7.22 % по количеству вычислительных операций при программной реализа

141 ции алгоритма слежения в приемнике ССПИ в условиях воздействия УП, а также снижение среднеквадратического отклонения фазовой ошибки в контуре ФАПЧ до 2.3 раз при низком порядке фильтра.

7 Проведены исследования влияния разрядности АЦП и формата представления чисел на эффективность программной реализации предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ. Установлено, что при разрядности АЦП 6 бит и ниже происходит значительное ухудшение характеристик алгоритмов обработки сигнала ССПИ. Показана целесообразность реализации нерекурсивной фильтрации в процессе слежения с использованием формата представления чисел с фиксированной запятой и разрядностью не менее 8 бит. Установлено, что программная реализация контуров слежения ССПИ возможна только в случае использования формата представления чисел с плавающей запятой.

8 Предложен алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала ССПИ при низком отношении сигнал-шум на основе суммирования ВКФ, обеспечивающий снижение объема памяти, необходимого для хранения отсчетов ВКФ, до 1,7.2 раз при уменьшении вероятности правильного обнаружения и оценки параметров сигнала с допустимой точностью не более чем на 1.2 %.

9 Проведен анализ влияния величины порядка цифрового нерекурсивного корректирующего фильтра ССПИ на эффективность алгоритма слежения при использовании линейного предыскажения и корректирования сигнала. Показано, что при использовании корректирующего фильтра порядка 50 и менее среднеквадрати-ческое отклонение фазовой ошибки в контуре ФАПЧ увеличивается в 1,5.2 раза и более по сравнению с применением фильтра порядка 300 и выше.

10 Проведен анализ производительности и объема памяти современных ЦСП. Установлено, что существующие ЦСП с производительностью 1800.3600 МРЬОР8 и объемом встроенной оперативной памяти до 3 Мбайт позволяют осуществлять реализацию предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения за параметрами ССПИ в режиме реального времени. Показано, что современная элементная база в виде ЦСП, ПЛИС, АЦП и ЦАП позволяет реализовать алгоритм слежения ССПИ при использовании цифровых адаптивных линейных предыскажения и корректирования сигнала.

Таким образом, программная реализация разработанных алгоритмов поиска и обнаружения сигнала ССПИ на основе ВПР и БПФ позволяет снизить вычислительные затраты в условиях присутствия УП. Предложенный алгоритм поиска и обнаружения ФМн-2 сигнала на основе БПФ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования повышает показатели качества ССПИ при наличии ПОС. Проведенный анализ эффективности воздействия на систему слежения ССПИ различного рода помех и предложенные меры по борьбе с ними позволяют повысить помехоустойчивость ССПИ. Разработанная процедура синтеза оптимального по критерию минимума СКО линейного фильтра с симметричной импульсной характеристикой обеспечивает снижение вычислительных затрат на этапе слежения за параметрами сигнала ССПИ. Предложенный алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ при низком отношении сигнал-шум позволяет снизить объем памяти приемника. Исследования эффективности алгоритмов поиска, обнаружения и слежения при различных значениях разрядности и формата представления данных, а также анализ характеристик современных ЦСП, ПЛИС, АЦП и ЦАП дают возможность обоснованного выбора элементной базы для практической реализации предложенной в диссертационной работе алгоритмов обработки сигнала ССПИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы над диссертацией были разработаны эффективные алгоритмы поиска, обнаружения и слежения за параметрами сигнала ССПИ, обеспечивающие повышение устойчивости к действию мешающих факторов, а также снижение вычислительных затрат при программной реализации.

В первой главе работы был разработан адаптивный к действию УП алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ с адаптивным формированием опорных сигналов, обеспечивающий снижение вычислительных затрат по сравнению с аналогичным алгоритмом, использующим оптимальную линейную фильтрацию. Произведена модификация алгоритма фильтрации в частотной области для алгоритма поиска и обнаружения сигнала ССПИ в условиях действия УП, позволяющая снизить объем вычислительных затрат без ухудшения других характеристик алгоритма поиска и обнаружения. Предложен алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ с использованием адаптивного линейного предыскажения и корректирования, обеспечивающий повышение устойчивости к действию БГШ в условиях воздействия ПОС по сравнению с алгоритмом поиска и обнаружения с применением оптимальной линейной фильтрации.

Во второй главе работы был проведен анализ эффективности воздействия на систему слежения ССПИ различных видов помех, установлены возможные методы борьбы с данными помехами в приемнике ССПИ. Обоснован критерий оптимальности при синтезе петлевого фильтра контура ФАПЧ с ас-татизмом 2-го порядка системы слежения ССПИ, включающий несколько показателей качества, обеспечена робастность ССПИ к изменению отношения сигнал-шум. Разработана процедура синтеза оптимального по критерию минимума СКО линейного фильтра с симметричной импульсной характеристикой, обеспечивающего снижение вычислительных затрат при программной реализации алгоритма слежения в приемнике ССПИ в условиях воздействия УП, а также снижение среднеквадратического отклонения фазовой ошибки в контуре ФАПЧ при низком порядке фильтра.

В третьей главе работы был проведен анализ влияния разрядности АЦП и формата представления чисел на эффективность предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения ССПИ. Исследовано влияние порядка цифрового нерекурсивного корректирующего фильтра на эффективность алгоритма слежения ССПИ при использовании линейного предыскажения и корректирования сигнала. Разработан алгоритм поиска и обнаружения сигнала ССПИ при низком отношении сигнал-шум, обеспечивающий снижение объема памяти, необходимого для хранения отсчетов ВКФ, при незначительном ухудшении вероятности правильного обнаружения и оценки параметров сигнала с допустимой точностью. Проведен анализ аппаратно-программной реализации предложенных алгоритмов поиска, обнаружения и слежения на современной элементной базе, показано, что параметры современных ЦСП и ПЛИС позволяют осуществить реализацию предложенных алгоритмов в режиме реального времени.

Библиография Слесарев, Алексей Сергеевич, диссертация по теме Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

1. Вайнштейн Л.А. Зубаков В.Д. Выделение сигналов на фоне случайных помех. М.: Сов. радио, 1960. — 445 с.

2. ШирманЯ.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Сов. радио, 1974.-360 с.

3. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. — М., "Советское радио", 1978. 320 с.

4. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио, 1970.-728 с.

5. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. — М.: Радио и связь, 1985. 384 с.

6. Фазовая синхронизация / Под ред. В.В. Шахгильдяна, Л.Н. Белюстиной. М.: Связь, 1975. - 288 с.

7. Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов. — М.: Сов. радио, 1977. 400 с.

8. ПеровА.И. Статистическая теория радиотехнических систем. -М.: ИПРЖР, 2003.-400 с.

9. Витерби Э.Д. Принципы когерентной связи. М.: Сов. радио, 1970.-392 с.

10. ВанТрисГ. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том 1. Теория обнаружения, оценок и линейной модуляции. М.: Советское радио, 1972. - 744 с.

11. Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении. М.: Сов. радио, 1978.-600 с.

12. Молотов Е.П. Наземные радиотехнические системы управления космическими аппаратами. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 256 с.

13. Evans B.G. Satellite Communication Systems. Institution of Engineering and Technology, 1999. — 656 c.

14. Перспективные спутниковые системы связи / Ю.М. Горностаев, В.В. Соколов, JI.M. Невдяев. М.: Горячая линия — Телеком, 2000.- 132 с.

15. Варакин JI.E. Теория сложных сигналов. — М.: Сов. радио, 1970. — 376 с.

16. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / Под ред. В.В. Пестрякова. М.: Сов. радио, 1973. - 424 с.

17. Диксон Р.К. Широкополосные системы. М.: Связь, 1979. -304 с.

18. Цифровые радиоприемные системы: Справочник/ М.И. Жодзишский, Р.Б. Мазепа, Е.П. Овсянников и др. / Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Радио и связь, 1990. - 208 с.

19. БлейхутР. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. -М.: Мир, 1989.-448 с.

20. Нуссбаумер Г. Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления сверток. М.: Радио и связь, 1985. - 248 с.

21. Залманзон JI.A. Преобразования Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях. — М.: Наука, 1989.-496 с.

22. Lin David M., Tsui James B.Y. Acquisition schemes for software GPS receiver. Режим доступа: http://www.ion.org/Search/viewabstract.cfm?jp=p&idno=2961

23. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 464 с.

24. Чуй К. Введение в вейвлеты. М.: Мир, 2001. - 412 с.

25. Харкевич A.A. Борьба с помехами. — М.: Наука, 1965. — 275 с.

26. Защита от радиопомех / Под ред. М.В. Максимова. М.: Сов. радио, 1976.-496 с.

27. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами / Г.И. Тузов, В.А. Сивов, В.И. Прытков и др.; Под ред. Г.И. Тузова. М.: Радио и связь, 1985. - 264 с.

28. Френке JI. Теория сигналов. М.: Сов. радио, 1974. - 344 с.

29. Маригодов В.К., Бабуров Э.Ф. Синтез оптимальных радиосистем с адаптивным предыскажением и корректированием сигналов. — М.: Радио и связь, 1985. 248 с.

30. Тузов Г.И. Выделение и обработка информации в доплеровских системах. — М.: Сов. радио, 1967. 256 с.

31. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью / В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев и др; Под ред. В.И. Борисова. М.: Радио и связь, 2003. - 640 с.

32. Клэппер Дж., Фрэнкл Дж. Системы фазовой и частотной автоподстройки частоты. М.: Энергия, 1977. — 440 с.

33. Системы фазовой автоподстройки частоты с элементами дискретизации / В.В. Шахгильдян, A.A. Ляховкин, В.Л. Карякин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Связь, 1979. - 224 с.

34. Цифровые системы фазовой синхронизации / М.И. Жодзишский, С.Ю. Сила-Новицкий, В.А. Прасолов и др.; Под ред. М.И. Жодзишского. М.: Сов. радио, 1980. - 208 с.

35. Системы фазовой синхронизации с элементами дискретизации / В.В. Шахгильдян, A.A. Ляховкин, B.J1. Карякин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1989. - 320 с.

36. Шахтарин Б.И. Анализ систем синхронизации при наличии помех.-М.: ИПРЖР, 1996.-251 с.

37. Шахтарин Б.И. Анализ систем синхронизации методом усреднения. М.: Радио и связь, 1999. - 495 с.

38. Przebinda V. Advanced GPS signal acquisition. Режим доступа: http://www.przebinda.com/viktor/sigacq.pdf

39. Шахтарин Б.И. Обнаружение сигналов. — М.: Гелиос АРВ, 2006. -526 с.

40. Предварительная обработка шумоподобных сигналов при наличии сильных интерференционных помех / А.И. Шилов, Р.В. Бакитько, В.П. Полыциков, Я.Д. Хацкелевич // Радиотехника. № 7, 2005. С. 31-35.

41. Rifkin R., Vaccaro J.J. Comparison of narrowband adaptive filter technologies for GPS // MITRE Technical Report. March 2000. Режим доступа: http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc? AD= AD A458023&Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf

42. Маригодов B.K. Оптимальная обработка информации в каналах связи. Киев: Техника, 1972. - 208 с.

43. Маригодов В.К. Помехоустойчивая обработка информации. (Методы оптимального линейного предыскажения и корректирования). -М.: Наука, 1983.-201 с.

44. Рабинер JI.P., Шафер Р.В. Цифровая обработка речевых сигналов. М.: Радио и связь, 1981. 495 с.

45. Голд Б. , Рейдер Ч. Цифровая обработка сигналов. М. : Сов. радио, 1973. 368 с.

46. Трахтман A.M., Трахтман В.А. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах. М.: Сов. радио, 1975. - 208 с.

47. Оппенгейм A.B., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. -М.: Связь, 1979.-416 с.

48. Бахурин С.А., Слесарев A.C. Быстрые алгоритмы корреляционной обработки сигналов спутниковых систем передачи информации // Тезисы доклада всероссийского научно-практического семинара «Сети и системы связи», Рязань, 2005. С. 278-279.

49. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. М.: Солон-Р, 2002. - 448 с.

50. Воробьев В.И., ГрибунинВ.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. СПб.: Изд-то ВУС, 1999. - 204 с.

51. Новиков JI.B. Основы вейвлет-анализа сигналов. Учебное пособие. СПб.: Изд-во ООО «МОДУС+», 1999. 152 с.

52. Цифровая обработка сигналов помехоустойчивых космических радиолиний. Модели, алгоритмы и технические средства: Сборник статей / Под ред. В.М. Ватутина. М.: Радиотехника, 2007. -96 с.

53. Коуэн К.Ф.Н. Адаптивные фильтры / Под ред. К.Ф.Н. Коуэна и П.М. Гранта. М.: Мир, 1988. - 392 с.

54. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Радио и связь, 1986. — 512 с.

55. ШахтаринБ.И. Случайные процессы в радиотехнике. Ч. 1. Линейные системы. М.: Радио и связь, 2002. — 568 с.

56. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Перевод с англ. под ред. Ю.Н. Александрова. М.: Мир. 1978.-847 с.

57. Применение цифровой обработки сигналов / Под ред. Э. Оппенгейма. -М.: Мир. 1980. 552 с.

58. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование — М.: Радио и связь, 1983. 320 с.

59. ХеммингР.В. Цифровые фильтры. М.: Сов. радио, 1980. -224 с.

60. Цифровые фильтры и их применение / В. Капеллини, А.Дж. Константинидис, П. Эмилиани. М.: Энергоатомиздат, 1983.-360 с.

61. Кук Ч. Радиолокационные сигналы / Ч. Кук, М. Бернфельд. — М.: Сов. радио, 1971. 568 с.

62. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Радио и связь, 1981.416 с.

63. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 1104 с.

64. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учеб. пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 1992. — 304 с.

65. Кириллов С.Н., Слесарев A.C. Быстрый алгоритм поиска и обнаружения фазоманипулированного сигнала спутниковой системы передачи информации, адаптивный к действию узкополосных помех // Вестник РГРТУ. № 1 (выпуск 27). Рязань, 2009. С. 3-7.

66. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Т. 1,2.-М.: Мир, 1971. -612 с. .

67. Марпл-мл. C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990. - 584 с.

68. Бакалов В.П. Цифровое моделирование случайных процессов. — М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002. 88 с.

69. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. М.: Сов. радио, 1971. - 328 с.

70. Burrus, C.S., Heideman, М.Т., Jones, D.L., Sorensen, H.V. "Real-Valued Fast Fourier Transform Algorithms", IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-35, No. 6, pp. 849-863, June 1987.

71. Гольденберг JT.M. и др. Цифровая обработка сигналов: Учеб. пособие для вузов / JT.M. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк. М.: Радио и связь, 1990. - 256 с.

72. Давенпорт В.Б., Рут B.JI. Введение в теорию случайных сигналов и шумов. М.: Издательство иностранной литературы, 1960. -468 с.

73. Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М.: Наука, 1969. - 424 с.

74. ЯнгЛ. Лекции по вариационному исчислению и теории оптимального управления. М.: Мир, 1974. - 490 с.

75. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2002. - 608 с.

76. Корн Г.А. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналогово-цифровых машинах. М.: Мир, 1968. - 316 с.

77. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. -М.: Мир, 1969. 396 с.

78. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки / С.А. Вакин, JI.H. Шустов. -М.: Сов. радио, 1968.-448 с.

79. Свистов В.М. Радиолокационные сигналы и их обработка. М.: Сов. радио, 1977. - 448 с.

80. ЧуркинЕ.И. Следящие фазовые системы и помехоустойчивость радиосвязи. Изд-во Сарат. ун-та, 1983. - 240 с.

81. Шахгильдян В.В., Ляховкин A.A. Системы фазовой автоподстройки частоты. М.: Связь, 1972. - 448 с.

82. Шахтарин Б.И. Статистическая динамика систем синхронизации. М.: Радио и связь, 1998. - 487 с.

83. ВейцельВ.А., Жодзишский М.И. Цифровые системы вхождения в связь в когерентных радиолиниях комплексов ЛА: Учебное пособие. М.: МАИ, 1980. 35 с.

84. Первачев С.В. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем / С.В. Первачев, А.А. Валуев, В.М. Чиликин. М.: Сов. радио, 1973. - 488 с.

85. Tausworthe R.C. A Second/Third Hybrid Phase-Locked Receiver for Tracking Doppler Rates. JPL Technical Report 32-1526, Vol. 1.

86. Tausworthe R. С. Theory and Practical Design of Phase-Locked Receivers. JPL Technical Report 32-819, Vol. 1, 1966.

87. ВейцельВ.А. Радиосистемы управления: учебник для вузов / В.А. Вейцель, А.С. Волковский, С.А. Волковский и др.; под ред. В.А. Вейцеля. М.: Дрофа, 2005. - 416 с.

88. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовского. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. -712 с.

89. Теория автоматического управления. В 2-х ч. Ч. 1. Теория линейных систем автоматического управления / Н.А. Бабаков, А.А. Воронов, А.А. Воронова и др.; Под ред. А.А. Воронова. -М.: Высш. шк., 1986. 367 с.

90. ХьюберДж.П. Робастность в статистике. М.: Мир, 1984. -304 с.

91. Обработка сигналов в радиотехнических системах: Учеб. пособие / А.Д. Далматов, А.А. Елисеев, А.П. Лукошкин и др. Под ред. А.П. Лукошкина. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. - 400 с.

92. Обрезков Г.В., РазевигВ.Д. Методы анализа срыва слежения. — М.: Сов. радио, 1972. 240 с.

93. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛО-НАСС / Под ред. В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина. -М.: ИПРЖР, 1998.-400 с.

94. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. М.: ИПРЖР, 2005. - 688 с.

95. Simon М.К. Performance of Coherent Binary Phase-Shift Keying (BPSK) with Costas-Loop Tracking in the Presence of Interference. — Режим доступа: http://ipnpr.jpl.nasa.gov/progressreport/42-139/139A.pdf

96. BalaeiA.T. Characterization of Interference Effects on GPS Signal Carrier Phase Error / A.T. Balaei, J. Barnes, A.G. Dempster. Режим доступа:http://www.gmat.unsw.edu.au/snap/publications/asgharetal2005a.pdf

97. Balaei A.T. A Novel Approach in Detection and Characterization of CW Interference of GPS Signal Using Receiver Estimation of C/No / A.T. Balaei, A.G. Dempster, J. Barnes. Режим доступа: http://www.gmat.unsw.edu.au/snap/publications/asgharetal2006a.pdf

98. Кириллов C.H., Слесарев А.С. Анализ устойчивости систем синхронизации космических радиолиний передачи информации к действию помех // Доклады 9-й международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение» Москва, 2007. Т.1.С. 239-241.

99. Гуткин JI.C. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах. — М.: Сов. радио, 1972. 448 с.

100. Гуткин JI.C. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. М.: Сов. радио, 1975. - 368 с.

101. Гуткин JI.C. Проектирование радиосистем и радиоустройств. — М.: Радио и связь, 1986. 288 с.

102. Слесарев A.C. Оптимизация передаточной функции петлевого фильтра контура ФАПЧ с астатизмом второго порядка систем синхронизации спутниковых командно-программных радиолиний // Вестник РГРТУ. Выпуск 22. Рязань, 2007. С. 115-118.

103. Тихонов В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1991.-608 с.

104. ШахтаринБ.И. Случайные процессы в радиотехнике: Цикл лекций. М.: Радио и связь, 2000. — 584 с.

105. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Радио и связь, 1989. - 656 с.

106. ЕвсиковЮ.А., Чапурский В.В. Преобразование случайных процессов в радиотехнических устройствах. — М.: Высшая школа, 1977.-264 с.

107. КестерУ. Аналого-цифровое преобразование. М.: Техносфера, 2007.-1016 с.

108. Кестер У. Как выбрать тип АЦП для ваших приложений // Электроника: наука, технология, бизнес. № 4, 2006. С. 12-17.

109. НикаминВ.А. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Справочник. М.: Альтекс, 2003. - 224 с.

110. Гельман М.М. Системные аналого-цифровые преобразователи и процессоры сигналов. М.: Мир, 1999. - 560 с.

111. Вальпа О.Д. Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++. М.: Горячая Линия - Телеком, 2007. - 270 с.

112. ВасюковВ.Н. Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры в системах подвижной радиосвязи. — Новосибирск: НГТУ, 2006.-292 с.

113. Пантелейчук А. Основы выбора цифровых сигнальных процессоров // Электронные компоненты. № 6, 2006. С. 69-72.

114. Kehtarnavaz N. Real-Time Digital Signal Processing Based on the TMS320C6000. Newnes, 2004. - 320 c.

115. KuoSenM. Digital Signal Processors: Architectures, Implementations, and Applications. Prentice Hall, 2004. - 624 c.

116. Соловьев В.В. Проектирование цифровых систем на основе программируемых логических интегральных схем. М.: Горячая Линия - Телеком, 2001. - 636 с.

117. Стешенко В.Б. ПЛИС фирмы «ALTERA»: элементная база, системы проектирования и языки описания аппаратуры. М.: До дека XXI век, 2002. - 576 с.

118. ПЛИС фирмы «ХШпх»: описание структуры основных семейств / Д.А. Кнышев, М.О. Кузелин. М.: Додэка, 2001. - 238 с.

119. Максфилд К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца. -М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007. 408 с.

120. DSP or FPGA? How to choose the right device. Режим доступа: http://www.design-reuse.eom/articles/l 8212/dsp-fpga.html

121. Цифровая обработка сигналов: Справочник / Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк. М.: Радио и связь, 1985. - 312 с.

122. Psiaki M.L. Block Acquisition of Weak GPS Signals in a Software Receiver. Режим доступа: http://www.mae.cornell.edu/Psiaki/gpsweeksignalr2cv.pdf

123. TMS320C6745/6747 Floating-point Digital Signal Processor. Режим доступа: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tms320c6747.pdf

124. Сайт компании Texas Instruments. Режим доступа: http://www.ti.com/

125. Сайт компании Analog Devices. Режим доступа: http://www.analog.com/137 754-2008 IEEE Standard for Floating-Point Arithmetic. Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?punumber=4610933

126. IEEE Standard 754 Floating Point Numbers. Режим доступа: http://steve.hollasch.net/cgindex/coding/ieeefloat.html

127. Ануфриев И.Е. MATLAB 7 / И.Е.Ануфриев, А.Б.Смирнов, Е.Н. Смирнова. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.

128. Сайт компании Mathworks. Режим доступа: http ://www. mathworks. com/

129. All About Direct Digital Synthesis. Режим доступа: http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/38-08/dds.pdf

130. Мерфи E., Слэттери К. Прямой цифровой синтез (DDS) в тестовом, измерительном и коммуникационном оборудовании // Компоненты и технологии. № 8, 2006.

131. Прямой цифровой синтез (DDS) и преобразование квадратурных сигналов в диапазон 800-2500 МГц с одной боковой полосой. — Режим доступа: http://www.eltech.spb.ru/pdi7AD/DDS.pdf

132. Мерфи Е., Слэттери К. Все о синтезаторах DDS // Компоненты и технологии. № 1, 2005.

133. Леонова Е.А. Формирование сложных сигналов на ПЧ с использованием сигнальных процессоров // Цифровая обработка сигналов. № 2, 2002. С. 51-53.

134. Direct Digital Synthesis (DDS) using FPGA. Режим доступа: http://www.hunteng.co.uk/support/dds.htm

135. LVDS Owner's Manual. Режим доступа: http://www.national.com/appinfo/lvds/files/NationalLVDSOwners Manual4thEdition2008.pdf

136. TMS320C6457 DSP Serial RapidIO (SRIO) User's Guide. Режим доступа: http://focus.ti.com/lit/ug/sprugk4/sprugk4.pdf

137. Distributed Arithmetic for the Design of High Speed FIR Filter using FPGAs. Режим доступа: http://www.ciit.edu.pk/LearningResource/ VLSI/Publications/03DistributedArithmetic.pdf

138. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982.-624 с.

139. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. М.: Сов. радио, 1960. - 664 с.

140. Статистическая теория связи и ее практические приложения/ Под ред. Б.Р. Левина. М.: Связь, 1979. - 288 с.

141. Левин Б.Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления. М.: Радио и связь, 1985. - 312 с.

142. Прокис Дж. Цифровая связь. — М.: Радио и связь, 2000. — 800 с.

143. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). — М.: Наука. 1973. — 832 с.

144. Кириллов С.Н., Слесарев A.C. Алгоритм обнаружения сложных фазоманипулированных сигналов спутниковых систем передачи информации при низком отношении сигнал-шум // Вестник Рязанской государственной радиотехнической академии. Выпуск 20, 2007. С. 41-44.

145. Заездный A.M. Основы расчетов по статистической радиотехнике. М.: Связь, 1969. - 448 с.

146. Оценка производительности вычислительных систем. Режим доступа: http://www.citforum.ru/hardware/svk/glava3.shtml

147. ADSP-TS201S TigerSHARC Embedded Processor. Режим доступа: http://www.analog.com/static/imported-files/ datasheets/ADSPTS201 S.pdf

148. Virtex-5 Family Overview. Режим доступа: http://www.xilinx.com/support/documentation/datasheets/ds 1 OO.pdf

149. Тарасов И. Сравнительный анализ архитектуры основных семейств FPGA фирмы Xilinx / Компоненты и технологии. № 5, 2005.

150. AD9780/AD9783/AD9783 Dual 12-/14-/16-Bit, LVDS Interface, 500 MSPS DACs. Режим доступа: http://www.analog.com/static/ imported-files/datasheets/AD978097819783 .pdf

151. AD9446 16-Bit, 80/100 MSPS ADC. Режим доступа: http://www.analog.com/static/imported-files/datasheets/AD9446.pdf

152. AD 12401 12-Bit, 400 MSPS A/D Converter. Режим доступа: http://www.analog.com/static/imported-files/ datasheets/AD12401 .pdf167 http://www.rapidio.com/

Похожие работы

Радиотехника и связь
05.12.00