автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Оптимальный приемник-обнаружитель сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией

4854586

МАЛЬЦЕВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ^-^

ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК-ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛА УПРАВЛЯЕМОГО ПАССИВНОГО РАССЕИВАТЕЛЯ С АМПЛИТУДНОЙ

МОДУЛЯЦИЕЙ

Специальность: 05.12.04 — Радиотехника, в том числе системы и устройства

телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 !■■ 013 2311

Воронеж - 2011

4854586

Работа выполнена на кафедре радиотехники Воронежского института МВД России.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Лукин Александр Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Парфенов Владимир Иванович

кандидат физико-математических наук, доцент Сидоркин Анатолий Фёдорович

Ведущая организация: ООО «Концерн «Созвездие»

(г. Воронеж)

Защита диссертации состоится «1» марта 2011 года в 11:00 часов в аудитории № 215 на заседании диссертационного совета Д 203.004.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Воронежском институте МВД России по адресу: 394065, г. Воронеж, пр. Патриотов, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского института МВД России.

С текстом автореферата можно ознакомиться на официальном сайте Воронежского института МВД России: www.vimvd.ru в разделе «Научная работа» -«Диссертационные советы» - «Д 203.004.01»

Автореферат разослан «27» января 2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

С.В. Белокуров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Управляемый пассивный рассеиватель представляет собой устройство, осуществляющее переизлучение падающего на его поверхность электромагнитного поля и модуляцию его параметров за счет изменения свойств своих электродинамических характеристик. Широко распространенным управляемым пассивным рассеивателем, осуществляющим амплитудную модуляцию сигнала, является полупроводниковый диод с выводами-вибраторами (диод-диполь).

Радиоприёмники и оптимальные радиоприёмники, осуществляющие приём амплитудно-модулированных сигналов, известны. Однако условия приёма амплитудно-модулированных сигналов, переизлучаемых управляемыми пассивными рассеивателями, имеют особенности, в частности, приём сигнала осуществляется на фоне сигнала несущей частоты, параметры которого неизвестны, а также параметры модуляции могут быть известны или неизвестны. Действительно, управляемые пассивные рассеиватели целесообразно использовать в качестве устройств передачи информации в том случае, если они находятся не в свободном пространстве, а окружены различными предметами. Именно в этой ситуации наиболее полно реализуются их свойства передачи информации с выделенного элемента пространства за счёт дополнительной модуляции падающего на его поверхность электромагнитного поля. В различных схемах регистрации сигнала от управляемого пассивного рассеивателя возможны варианты, в которых имеется различная априорная информация о параметрах модуляции, об амплитуде и фазе фонового сигнала.

С учётом двух вышеупомянутых особенностей регистрации сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией синтез оптимального приёмника для обнаружения этих сигналов прежде не производился. Решение этой задачи позволит оценить потенциальные возможности применения управляемых пассивных рассеивателей в системах передачи информации, а также определить требования к модуляционным параметрам сигнала.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационного исследования состоит в синтезе оптимального приёмника для обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией на фоне отраженного сигнала несущей частоты и помех.

Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих основных задач:

1) синтез оптимального алгоритма обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией с известными и неизвестными параметрами на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех;

2) разработка блок-схемы приёмного устройства для обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией с известными и неизвестными параметрами на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех;

3) вычисление характеристики оптимальных алгоритмов обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией с известными и неизвестными параметрами на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех;

4) оценка возможности реализации блок-схемы приёмного устройства с помощью стандартных радиотехнических цепей и устройств, а также разработка электрических схем приёмников.

Методы исследования. Решение поставленных задач основывается на методах статистической радиотехники, математической статистики, теории вероятностей, математического анализа, высшей алгебры и теории матриц. В работе использованы методы теории радиотехнических цепей и устройств, технической электродинамики, а также теории радиоприёмных устройств.

Научная новизна. При выполнении диссертационного исследования получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:

1. Синтезированы алгоритмы оптимальной обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помехи.

2. Синтезирован алгоритм обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя для особых условий синтеза методом максимального правдоподобия с регуляризацией оценок неизвестных параметров сигнала по Муру-Пенроузу.

3. Разработаны блок-схемы оптимальных приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помехи.

4. Вычислены характеристики оптимальных приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помехи.

5. Составлены квазиоптимальные электрические схемы приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помехи.

Практическая значимость работы связана с использованием ее основных положений и результатов, предназначенных для повышения эффективности обнаружения сигналов от управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией. Полученные результаты могут быть использованы для создания устройств приема информации от управляемых пассивных рассеивателей.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные схемы приемных устройств внедрены в практическую деятельность ОАО «Электросигнал». Основные результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс Воронежского института ФСИН России.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Алгоритмы оптимальной обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помех.

2. Блок-схемы оптимальных приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помех.

3. Характеристики оптимальных приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помех.

4. Квазиоптимальные схемы приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помех.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной научно-практической конференции «Обеспечение общественной безопасности в центральном федеральном округе РФ» (Воронеж, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем» (Воронеж, 2004, 2006, 2007, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Охрана безопасность и связь» (Воронеж, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Преступность в России. Состояние и проблемы предупреждения и раскрытия преступлений» (Воронеж, 2008), Открытой конференции «Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС» (Воронеж, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Техника и безопасность объектов УИС» (Воронеж, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2010), Второй международной научно-практической Интернет - конференции «Инновационные подходы к применению информационных технологий в профессиональной деятельности» (Белгород, 2010), VI Всероссийской научно-практической конференции «Математические методы и информационно-технические средства» (Краснодар, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 1 -в издании, рекомендованном ВАК РФ.

В работах, выполненных в соавторстве, автором лично выполнены: в [1] разработана блок-схема оптимального приемника сигнала управляемого пассивного рассеивателя; в [2] оценен переизлученный сигнал от рассеивателя; в [5] рассчитана глубина модуляции сигнала, переизлученного диодом-диполем; в [8] рассмотрена возможность накопления электромагнитной энергии в параметрической системе; в [9] получен временной вид установившегося и переходного процесса в колебательном контуре с переменной емкостью; в [10] рассмотрен про-

цесс фазовой модуляции переизлучённого поля на примере линейной двухпери-одной решетки, образованной полуволновыми диодами-диполями; в [11] определены характеристики приемника при заданной вероятности ложной тревоги и отношения сигнал-шум; в [14] синтезирован алгоритм для обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя; в [15] рассмотрены энергетические аспекты применения управляемых отражателей; в [17] определено соотношение сигнал-шум на выходе интегрирующей цепи при наличии потерь в конденсаторе.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 104 наименований. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков и 1 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, проанализировано состояние исследований в данной области, определены цель, задачи и методы исследования, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов и представлена структура диссертации.

В первой главе рассматриваются различные виды управляемых пассивных рассеивателей, с помощью которых осуществляются амплитудная и угловая модуляции сигнала. Обзор выполнен по материалам печати зарубежных и отечественных авторов. Наибольшее внимание уделено управляемым пассивным рас-сеивателям, осуществляющим амплитудную модуляцию сигнала. В частности, подробно рассмотрена модуляция сигнала управляемым пассивным рассеивате-лем в виде полупроводникового диода, выводы которого являются плечами полуволнового диполя. Экспериментально подтверждены соотношения, которые использовались для расчёта глубины модуляции сигнала диодом-диполем.

Рассмотрены способы выделения сигнала от объекта, который переизлучает падающий на него сигнал в случае бистатической и моностатической локации, при наличии переотражений от окружающих его предметов.

Показано, что выделение сигнала от объекта возможно в следующих случаях: пространственное разрешение сигналов, амплитудное различие сигналов, нелинейное взаимодействие выделенного объекта с сигналом, параметрическое взаимодействие объекта с сигналом.

В основу синтеза алгоритма обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами при наличии переотражений и гаус-совских помех положен метод максимального правдоподобия, который хорошо развит в работах В.И. Тихонова, Е.И. Куликова, А.П. Трифонова, А.Н. Лукина, В.И. Костылева, В.И. Парфёнова.

Существенная особенность сигнала от управляемого пассивного рассеивателя состоит в том, что он может существовать достаточно долго, в течение времени облучения объекта. В связи с этим в работе были получены соотношения для накопления энергии сигнала со сколь угодно малой амплитудой. Показано, что при увеличении времени наблюдения г-»то и синхронном изменении емко-

сти накопителя С отношение сигнал шум г на выходе накопителя в виде интегрирующей цепи равно

г =-?=' (О

(1 + гС/у)4кТ

где I - ток генератора сигнала, г - сопротивление цепи, у - параметр, характеризующий диэлектрик конденсатора, к - постоянная Больцмана, Т- абсолютная температура. Как видно из (1), при С ->«, г 0 выделение сигнала из шума со сколь угодно малой амплитудой невозможно даже при длительности сигнала, стремящейся к бесконечности.

В работе также проанализирован и другой способ накопления сигнала с использованием параметрических цепей. Для этого случая выполнены расчеты по минимальной мощности возбуждения колебаний в параметрическом контуре.

Во второй главе работы выполнен синтез алгоритма обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя для случая, когда имеется информация о соотношении амплитуд т и фаз у между сигналом управляемого пассивного рассеивателя и переотраженным сигналом на частоте несущего колебания, т.е. информационный и фоновый сигналы можно считать когерентными. Полный сигнал, поступающий на вход приёмника, запишем в виде £(г) = *(/) + и(г), где л(0 - белый гауссовский шум с односторонней спектральной плотностью «(г) = «1(0+ «2(0. ^(О = = дхоз(у0г+ _узтгио' - фоновый сигнал, где

х-Асоир, у = А%т.ср а А, <р неизвестные амплитуда и фаза фонового сигнала, ¿■2 (') = + Л/ соб(Г2г — Ф)]соб(л)0' — V — <г>) - сигнал управляемого пассивного рассеивателя типа диода-диполя, Л/, О, Ф - известные параметры амплитудной модуляции сигнала.

Для синтеза алгоритма обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя на фоне переотражений и гауссовской помехи воспользуемся методом максимального правдоподобия. Алгоритм обнаружения сигнала найдем из процедуры различения гипотез: Н0 - в реализации 40) присутствует фоновый сигнал и шум или Я, - в реализации присутствует сигнал управляемого пассивного рассеивателя, фоновый сигнал и шум.

При наличии неизвестных параметров х,у алгоритм приёмника-обнаружителя, полученный по обобщенному методу максимального правдоподобия, определяется выражением

Г

1

I + 2тс051у + т (1 + М /2)

(Ж|г+Г1г)-^!1(^+Г0г)<й, (2)

^ = —+ + ■ ^(0 = 1 + Л/«к(А/- Ф).

Блок-схема приёмника, построенного по алгоритму (2), приведена на рис. 1. Она состоит из перемножителей П1 - П4, интеграторов И1 - И4, норми-

рующих усилителей НУ 1 - НУ6, устройств возведения сигнала в квадрат КВ1 -КВ4, сумматоров CI, С2, генератора высокочастотного сигнала Г1, генератора низкочастотного сигнала Г2, фазовращателей Ф1 - Ф4, амплитудных модуляторов AMI, АМ2.

Рис. 1. Блок-схема приёмника сигналов диода-диполя с известными параметрами модуляции на фоне когерентного отраженного сигнала

Для определения характеристики приемника-обнаружителя - вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги в работе найдена статистика выходного напряжения. Как видно из выражения (2), статистика выходного напряжения представляет собой сумму квадратов гауссовских случайных величин, которая при выполнении гипотезы отсутствия сигнала в реализации определяется соотношением (3):

2ж 2 ж ю

Щ{Я)= jd£ jdzjw4(q,T},£,Z)dn, (3)

ООО

где

w\(q,4¿,X) = —Ц-ехР1 -^[(V? +1cos С-Щ )2 +(V? + 7SÍn^-m2)2 + %ßnl [ ß

+ (-J7 cos x - Щ)2 + (Jñ cos x -Щ )2 - 2a(l + m cosiy)Qq + n cos£ - пц cos x - Щ) -- 2a(l + mcosy/)(ylq + t}s'm £ - wij )(4чs'n X ~ m4) ~~ Ramsin i//(yjq + q cos£- m¡ sin x ~ "ty) + + 2am sin i//(^q + rj sin cos x ~ шз)]}.

a = l/^l + 2mcosy/ + m2(\ + M2/2) ß = l-a2(l + 2mcos(¿/ + m2),

m\, m2, m¡, w4 - среднее значение g при выполнении гипотезы Я0.

Статистика выходного напряжения при наличии сигнала (выполнении гипотезы Н\) определяется соотношением (4):

2л- 2л <х>

Щч) = \dC \dX \wA(q,v,C,x)dTi, (4)

ООО

где

Щ (<?> n¿,x) = —Цгехр| - ^Kjq+ñ c°s С - щ )2+(Jq+ñ sin с - m2 )2 +

8 /Зл L Р

+ (7*7 cos х ~ ™з )2 + (Лsin X ~ Щ Í1 ~ 2а(1 + т cos i//)(^q + tj cos £ - /й| )(ф} cos х ~ Щ) --2а(1 + тcosif/)(Jq + Tjs'mС, -т2)(ф}$1пх-т^) + 2аsini//(Jq + r]smС-т2)(у/т]cosх~Щ)]}> щ, ñ¡2, щ — среднее значение q при выполнении гипотезы Н\. На рис. 2 представлены графики зависимости вероятности правильного обнаружения от отношения сигнал-шум при различной величине ложной тревоги, рассчитанные с помощью соотношения (5):

00 д,

Pjir = \mq)dq, Pm = ¡w, (q)dq, (5)

h *

где h - значение порогового напряжения, которое находится из выражений

(5).

Из анализа вероятности правильного обнаружения приёмника-обнаружителя сигналов управляемого пассивного рассеивателя на фоне переизлученного когерентного сигнала следует, что она зависит от отношения сигнал-шум 2, отношения амплитуд сигнала управляемого пассивного рассеивателя и когерентного фона m, разности фаз между сигналом управляемого пассивного рассеивателя и фонового сигнала ц/, разности фаз между опорным сигналом и фоновым сигналом <р и глубины модуляции М.

0.8

рМ рК^о.б

р2М

0.4 0.2

О 5 III 15 211 25 30

г

Рис. 2. Вероятность правильного обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя при известных параметрах сигнала и когерентном фоне. Сплошная - линия при вероятности ложной тревоги 0,05; пунктирная - при 0,00247; штрихпунктирная - при 0,000123

Путем сопоставления результатов по прохождению сигналов через типовые радиотехнические цепи с оптимальными алгоритмами обработки реализа-

ции составлена схема квазиоптимального приёмника сигналов управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции, которая представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема приемников сигналов управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции на фоне когерентного отраженного сигнала

Схема приёмника содержит четыре параметрических усилителя, два синхронных детектора, умножители частоты и фазовращатели.

В случае, если параметры модуляции амплитудно-модулированного сигнала неизвестны, алгоритм приёмного устройства определяется выражением

« = ^ .

Ji(i)sinClicos(o0(-v')iii +2 Jf(f)smCl/sin(«y-<//)Л

(6)

Щ, I г

I £(/) cos nt sin(ay - (//)<// ,0

T Гг

Ji(/)cos<y„fii/ - Ji(i)sinto„idi » J Lo

Согласно алгоритму (6) разработана блок-схема приёмника сигналов диода-диполя с неизвестными параметрами модуляции на фоне когерентных переотражений. Блок-схема состоит из стандартных устройств генераторов, перемножителей, интеграторов, устройств возведения в квадрат, балансных модуляторов, сумматоров, дифференциального усилителя и порогового устройства на триггере.

На основе блок-схемы из типовых радиотехнических блоков и узлов разработана квазиоптимальная электрическая схема приемника сигналов диода-диполя.

Третья глава посвящена синтезу приёмного устройства для обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя на фоне некогерентного, по отношению к приёмнику, переотраженного сигнала на частоте несущего колебания.

Сигналы управляемого пассивного рассеивателя и фоновый записаны так, что неизвестные параметры амплитуды и фазы входят в его аналитическое вы-

ражение линейно. Это дает возможность выполнить оценку неизвестных параметров сигналов путем максимизации функционала правдоподобия и получить алгоритм обработки реализации:

9 = -|т^2-^,)2+(У2-у1)2]>Л. (7)

Рис. 4. Блок-схема приемника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции на фоне некогерентного отраженного сигнала

По алгоритму обработки из типовых радиотехнических устройств составлена блок-схема приёмника для обнаружения сигналов. Опорные сигналы формируются с помощью амплитудных балансных модуляторов, другие блоки - перемножители, интеграторы и квадраторы - традиционны для корреляционного приёмника (рис. 4).

Найдена характеристика приёмника - вероятность правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги. Статистика выходного напряжения описывается нецентральным хи-квадрат распределением с двумя степенями свободы:

00 1 и п '

ПО j Х2УЧ> Ч ] ¿-пи!Г(и + 1)

1,12 А/2 л=0 4 '

На рис. 5. представлен график зависимости вероятности правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги. Как следует из этих графиков, вероятность правильного обнаружения растёт с увеличением отношения сигнал-шум для сигнала управляемого пассивного рассеивателя.

Рис. 5. Вероятность правильного обнаружения сигнала с известными параметрами на фоне некогерентных отражений. Сплошная линия - при вероятности ложной тревоги 0,04; пунктирная линия - при вероятности ложной тревоги 0,0047; штриховая линия - при вероятности ложной тревоги 0,000499

Путем сопоставления результатов анализа по прохождению сигналов через типовые радиотехнические цепи с оптимальными алгоритмами обработки реализации получена схема квазиоптимального приёмника сигналов управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции при приёме сигналов на фоне некогерентных отражений (рис. 6).

Рис. 6. Схема приемника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции на фоне некогерентного отраженного сигнала

Синтезирован алгоритм обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции на фоне некогерентного отраженного сигнала на частоте несущего колебания. Сигналы записаны так, что неизвестные параметры входят в его аналитическое выражение линейно. Однако выполнить оценку параметров сигналов путем максимизации функционала правдоподобия здесь не удается без регуляризации решения системы линейных уравнений, из которой находятся оценки. Применяя процедуру регуляризации

решения системы линейных уравнений по Муру-Пенроузу и тем самым определив оценки неизвестных параметров, построен алгоритм обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами на фоне некогерентных переотражений. Алгоритм обработки представляет собой сумму квадратов квадратурных компонент корреляционного интеграла.

9 =

ТЫп

СОБ Си СОБ ОдЛЛ

СОЯ Й/5Ш

эш П( соэ ш^ск

Я1

<

> н о

А.

(9)

По алгоритму обработки реализации, с помощью типовых блоков радиотехнических устройств составлена блок-схема приёмника сигналов управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции на фоне некогерентных переотражений (рис. 7).

Рис.7. Блок-схема приёмника сигналов управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции на фоне некогерентного отраженного сигнала

Путем сопоставления результатов анализа по прохождению сигналов через типовые радиотехнические цепи с оптимальными алгоритмами обработки реализации получена схема квазиоптимального приёмника сигналов управляемого пассив-

ного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции при приеме сигналов на фоне некогерентных переотражений. Приёмник состоит из двух резонансных усилителей и двух амплитудных детекторов и порогового устройства (рис. 8).

Т2 №1

ПУ

[5

Рис. 8. Схема приемника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции на фоне некогерентного отраженного сигнала

На рис. 9 приведен график зависимости вероятности правильного обнаружения от отношения сигнал-шум для сигнала управляемого пассивного рассеивателя при различных значениях вероятности ложной тревоги. Как видно из сравнения графиков, вероятность правильного обнаружения имеет меньшее значение при неизвестных параметрах модуляции при фиксированном отношении сигнал-шум. Синхронное детектирование на частоте модуляции приносит дополнительную энергию в отношение сигнал-шум на выход оптимального приёмника синтезированного при известных параметрах модуляции сигнала.

Рис. 9. Вероятность правильного обнаружения сигнала с неизвестными параметрами модуляции на фоне некогерентных отражений. Сплошная линия - при вероятности ложной тревоги 0,04; пунктирная линия - при вероятности ложной тревоги 0,0047; штриховая - при вероятности ложной тревоги 0,000499

В заключении подводятся итоги по диссертационной работе в целом, сделаны общие выводы и сформулированы основные результаты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Получены уточняющие соотношения характеристик радиотехнических устройств, таких как интегрирующая цепь и параметрический усилитель. В частности, оценены накопительные свойства интегрирующей цепи при учете тока утечки емкости на постоянном токе. Найдена пороговая мощность накопления сигнала и импульсная характеристика параметрического усилителя.

2. Синтезирован алгоритм оптимального приемника по обнаружению сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при известных и неизвестных параметрах на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех.

Приёмник синтезирован обобщенным методом максимального правдоподобия путем максимизации по неизвестным параметрам сигнала. В случае обнаружения сигнала с неизвестными параметрами модуляции на фоне некогерентных переотражений при максимизации использована процедура регуляризации решения по Муру-Пенроузу. Алгоритм обнаружения сигнала состоит в формировании разности билинейных форм, составленных из квадратурных компонент корреляционного интеграла с весовыми множителями, которые зависят от известных параметров сигнала.

3. Синтезированы из стандартных блоков и узлов блок-схемы приёмников сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией при известных и неизвестных параметрах на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех.

4. Найдены характеристики приёмника-обнаружителя. Вероятность правильного обнаружения приёмника зависит от отношения сигнал-шум сигнала управляемого пассивного рассеивателя, от глубины модуляции.

5. На основании анализа прохождения сигналов по типовым радиотехническим цепям и сопоставления этих результатов с оптимальным алгоритмом обработки сигналов составлена квазиоптимальная электрическая схема приёмного устройства для сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией при известных и неизвестных параметрах на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех.

При когерентном фоновом переотраженном сигнале он компенсируется путем вычитания из суммарного по всем гармоникам сигнала управляемого пассивного рассеивателя. При некогерентном фоновом переотраженном сигнале и неизвестных параметрах модуляции обнаружение сигнала осуществляется только по энергии боковых гармоник сигнала управляемого пассивного рассеивателя.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Мальцев A.B. Оптимальный приемник сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией [Текст] / A.B. Мальцев, А.Н. Лукин //

Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. -Том 2., №11 — С.54-57.

В иных изданиях:

2. Мальцев A.B. Оценка сигнала, переизлученного диодом-диполем [Текст] / A.B. Мальцев, В.В. Недомолкин, М.М. Суходольский // Вестник Воронежского института МВД России. - 2004. - Вып. 1 (19). - С. 121-125.

3. Мальцев A.B. Оценка мощности дистанционного параметрического возбуждения колебаний [Текст] / A.B. Мальцев // Вестник Воронежского института МВД России. - 2008. - Вып. 3. - С. 112-116.

4. Мальцев A.B. Способы селекции сигнала от переизлучающих объектов [Текст] / A.B. Мальцев // Вестник Воронежского института МВД России. - 2008. -Вып. 4.-С. 87-91.

5. Мальцев A.B. Расчет глубины модуляции сигнала, переизлученного диодом-диполем [Текст] / A.B. Мальцев, В.В. Недомолкин, М.М. Суходольский // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сб. материалов всероссийской, науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2004. - С. 50-51.

6. Мальцев A.B. Анализ способов накопления электромагнитной энергии [Текст] / A.B. Мальцев // Актуальные вопросы совершенствования систем безопасности и связи в борьбе с преступностью: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2006. - С. 44-45.

7. Мальцев A.B. Оценка энергии, запасенной на колебательном контуре, подключенном к источнику через нелинейный элемент [Текст] / A.B. Мальцев // Обеспечение общественной безопасности в Центральном федеральном округе РФ: сб. материалов междунар. науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2007. - С. 160-164.

8. Мальцев A.B. Анализ накопления электромагнитной энергии на примере параллельного колебательного контура с переменной емкостью [Текст] / A.B. Мальцев, А.Н. Сенцов // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сб. материалов всеросийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2007. - Ч. 4. - С. SS-SS.

9. Мальцев A.B. Оценка энергии, запасенной колебательным контуром при параметрическом управлении внешним генератором [Текст] / A.B. Мальцев, А.Н. Сенцов // Охрана, безопасность и связь: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2007. - Ч. 2. - С. 9395.

10. Мальцев A.B. Фазовая модуляция сигнала, переизлученного системой диодов-диполей [Текст] / A.B. Мальцев, А.Н. Сенцов // Охрана, безопасность и связь: сб. материалов, всероссийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2007. - Ч. 2 - С. 95-97.

11. Мальцев A.B. Характеристики обнаружения сигнала, с амплитудной модуляцией на фоне несущей частоты [Текст] / A.B. Мальцев, Г.В. Степанов // Преступность в России: состояние и проблемы предупреждения и раскрытия

преступлений: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2008. - Ч. 2 - С. 119-121.

12. Мальцев A.B. Оценка энергии, запасенной колебательным контуром в параметрическом приемнике [Текст] / A.B. Мальцев // Преступность в России: состояние и проблемы предупреждения и раскрытия преступлений: сб. материалов всероссийской науч. конф./ Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2008.-Ч. 2-С. 121-124.

13. Мальцев A.B. К вопросу об энергии, запасенной в параметрическом колебательном контуре [Текст] / A.B. Мальцев // Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС: сб. материалов междунар. науч. конф. / Воронежский институт ФСИН России. - Воронеж, 2008. - С. 10-13.

14. Мальцев A.B. Синтез приемника для обнаружения сигнала управляемого диода-диполя [Текст] / A.B. Мальцев, Г.В. Степанов // Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС: сб. материалов междунар. науч. конф. / Воронежский институт ФСИН России. - Воронеж, 2008. - С. 17-19.

15. Мальцев A.B. Энергетические аспекты использования управляемых отражателей [Текст] / A.B. Мальцев, Б.А. Швырев // 63-я всероссийская научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ВГАСУ: сб. материалов / ВГАСУ. - Воронеж, 2008. -Ч. 2.-С. 55-56.

16. Мальцев A.B. Оценка характеристик метода возмущенного поля [Текст] / A.B. Мальцев // Техника и безопасность объектов УИС: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт ФСИН России. - Воронеж, 2008. -С. 55-56.

17. Мальцев A.B. Отношение сигнал-шум на выходе интегрирующей цепи при наличии потерь в конденсаторе [Текст] / A.B. Мальцев, А.Н. Сенцов // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2009. - Ч. 2. - С. 67-68.

18. Мальцев A.B. Электрическая схема приемника сигнала диода-диполя с частично известными параметрами [Текст] / A.B. Мальцев // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2009. - Ч. 2. - С. 55-56.

19. Мальцев A.B. Оптимальный прием сигналов от управляемого пассивного рассеивателя и фона с неизвестными квадратурными компонентами [Текст] / A.B. Мальцев, А.Н. Сенцов // Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. - Воронеж, 2009. - Ч. 2. - С. 106-108.

20. Мальцев A.B. К вопросу об обнаружении сигнала управляемого пассивного рассеивателя на фоне помех [Текст] / A.B. Мальцев // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: сб. материалов междунар. науч. конф. / ВГТУ. - Воронеж, 2010. - С. 157-159.

21. Мальцев A.B. Об оценке мощности дистанционного параметрического возбуждения колебаний в колебательном контуре [Текст] / A.B. Мальцев // Инновационные подходы к применению информационных технологий в профессиональной деятельности: сб. материалов междунар. науч. Интернет - конф. / Белгородский филиал НАЧЩУ ВПО. - Белгород, 2010. - С. 363-368.

22. Мальцев A.B. Импульсная характеристика одноконтурного параметрического усилителя [Текст] / A.B. Мальцев // Математические методы и информационно-технические средства: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Краснодарский университет МВД России. - Краснодар, 2010. - С. 55-56.

Подписано в печать 02.11.2011. Формат 60 х 84

Усл. печ. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № Типография Воронежского института МВД России 394065, г. Воронеж, пр. Патриотов, 53

Введение.

Глава 1. Управляемые пассивные рассеиватели.

1.1. Управляемые пассивные рассеиватели.

1.2. Селекции сигналов от управляемых пассивных рассеивателей на фоне переотраженных сигналов.

1.3. Обнаружение сигнала управляемого пассивного рассеивателя на фоне помех.

1.4. Предельные отношения сигнал-шум на выходе интегрирующей цепи

1.5. Оценка мощности дистанционного управления параметрами пассивного рассеивателя.

Выводы.Ошибка! Закладка не определена.

Глава 2. Синтез оптимального приёмника-обнаружителя сигнала управляемого пассивного рассеивателя на фоне когерентных переотражений и помех.

2.1. Синтез приёмника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции.

2.2. Импульсная характеристика одноконтурного параметрического усилителя.

2.3. Характеристики оптимального приёмника-обнаружителя сигнала управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции.

2.4. Квазиоптимальная схема приемника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции.

2.5. Синтез приёмника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции.

2.6. Квазиоптимальная схема приемника сигналов управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции.

2.7. Характеристика оптимального приёмника-обнаружителя сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции.

Выводы.

Глава 3. Синтез оптимального приёмника-обнаружителя сигнала управляемого пассивного рассеивателя на фоне некогерентных переотражений и помех.

3.1. Синтез приёмника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции.

3.2. Характеристики оптимального приёмника-обнаружителя сигнала управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции.

3.3. Квазиоптимальная схема приемника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции.

3.4. Синтез приемника сигналов управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции.

3.5. Квазиоптимальная схема приемника сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции.

3.6. Характеристики оптимального приемника-обнаружителя сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами модуляции.

Выводы.

Управляемый пассивный рассеиватель представляет собой устройство, осуществляющее переизлучение падающего на его поверхность электромагнитного поля и модуляцию его параметров за счет изменения свойств своих электродинамических характеристик. К управляемым пассивным рассеивателям относятся объекты, совершающие механическое перемещение, например вращающийся диск, электрически управляемые приборы, полупроводниковый диод с выводами, которые выполняют роль вибратора, полупроводниковый диод, расположенный в волноводе, газоразрядный прибор, неравновесная концентрация носителей заряда в полупроводниковых панелях и другие. В зависимости от типа управляемого пассивного рассеивателя они осуществляют различные виды модуляции переизлученного сигнала - амплитудную, фазовую, частотную, а также различные виды манипуляции с сигналом. Широко распространенным управляемым пассивным рассеивателем, осуществляющим амплитудную модуляцию сигнала, является полупроводниковый диод с выводами-вибраторами (диод-диполь).

Управляемые пассивные рассеиватели применяются для регистрации пространственного распределения электромагнитного поля в волноводах, объёмных резонаторах, в раскрывах зеркальных антенн и фазированных антенных решёток. Из совокупности управляемых пассивных рассеивателей строят многоэлементные матрицы для регистрации радиоголограмм и радиоизображений различных объектов, в том числе радиопрозрачных, но осуществляющих фазовые изменения в первоначальном, облучающем электромагнитном поле. Регистрация радиополей многоэлементными системами из управляемых пассивных рассеивателей осуществляется в реальном масштабе времени. Это свойство системы позволяет регистрировать динамически меняющиеся радиоголограммы и радиоизображения.

Управляемые пассивные рассеиватели используются в качестве радиомаяков в системах навигации, при настройке антенн радиолокационных станций. В правоохранительных органах актуально применение управляемых пассивных рассеивателей в качестве радиометок для различных объектов и людей. Так, в ряде зарубежных стран используются радиопередающие устройства, которые закрепляются на теле осужденных для контроля их местоположения. Управляемые пассивные рассеиватели, работающие в режиме управления за счёт энергии падающей волны, могут заменить подобные устройства, имея при этом эксплуатационные преимущества в виде отсутствия химических элементов электропитания.

Управляемые пассивные рассеиватели могут быть использованы в качестве датчиков в приборах охранной сигнализации, обеспечивая беспроводную систему передачи сигналов о несанкционированном доступе на объект.

Система передачи информации, в которой используется управляемый пассивный рассеиватель, включает в свой состав высокочастотный генератор с облучающей антенной и приёмник переизлученного рассеивателем сигнала с приёмной антенной. При ограничении на излучаемую мощность увеличить дальность обнаружения сигнала, переизлученного управляемым пассивным рассеивателем, можно путем повышения чувствительности радиоприёмника.

Радиоприёмники и оптимальные радиоприёмники, осуществляющие приём амплитудно-модулированных сигналов, известны. Однако условия приёма амплитудно-модулированных сигналов, переизлучаемых управляемыми пассивными рассеивателям, имеют особенности, в частности приём сигнала осуществляется на фоне сигнала несущей частоты, параметры которого неизвестны, при этом параметры модуляции могут быть известны или неизвестны. Действительно, управляемые пассивные рассеиватели целесообразно использовать в качестве устройств передачи информации в том случае, если они не находятся в свободном пространстве, а окружены различными предметами. Именно в этой ситуации наиболее полно реализуются их свойства - передачи информации с выделенного элемента пространства за счёт дополнительной модуляции падающего на его поверхность электромагнитного поля. В различных схемах регистрации сигнала от управляемого пассивного рассеивателя возможны варианты, в которых имеется различная априорная информация о параметрах модуляции, об амплитуде и фазе фонового сигнала.

С учётом двух вышеупомянутых особенностей регистрации сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией синтез оптимального приёмника для обнаружения этих сигналов прежде не производился.

Цель диссертационной работы состоит в синтезе оптимального приёмника для обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией на фоне отраженного сигнала несущей частоты и помех.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- синтезировать оптимальный алгоритм обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией с известными и неизвестными параметрами на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех;

- разработать блок-схему приёмного устройства для обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией с известными и неизвестными параметрами на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех;

- вычислить характеристики оптимальных алгоритмов обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией с известными и неизвестными параметрами на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех; оценить возможности реализации блок-схемы приёмного устройства с помощью стандартных радиотехнических цепей и устройств, а также составить схемы приёмников.

Методы проведения исследования. Решение поставленных задач основывается на методах статистической радиотехники, математической статистики, теории вероятностей, математического анализа, высшей алгебры и теории матриц. В работе использованы методы теории радиотехнических цепей и устройств, технической электродинамики, а также теории радиоприёмных устройств.

В результате выполненных исследований впервые получены следующие результаты, которые обладают научной новизной:

- синтезированы алгоритмы оптимальной обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помехи; синтезирован алгоритм обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя для особых условий синтеза методом максимального правдоподобия с регуляризацией оценок неизвестных параметров сигнала по Муру - Пенроузу;

- разработаны блок-схемы оптимальных приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помехи;

- вычислены характеристики оптимальных приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помехи;

- составлены квазиоптимальные электрические схемы приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помехи.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Алгоритмы- оптимальной обработки сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помех.

2. Блок-схемы оптимальных приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помех.

3. Характеристики оптимальных приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помех.

4. Квазиоптимальные схемы приёмных устройств сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при различном объёме априорных сведений о сигнале и при его приёме на фоне переотраженного сигнала на частоте несущего колебания и помех.

5. Синтезированные блок-схемы оптимальных и квазиоптимальных приёмных устройств,которые позволяют реализовать их для построения системы передачи информации с помощью управляемых пассивных рассеивателей.

Внедрение результатов диссертационных исследований. 8

Полученные в диссертационной работе результаты научных исследований внедрены в деятельность ОАО «Электросигнал» и учебный процесс в Воронежском институте ФСИН России.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- Всероссийской научно-практической конференции курсантов, слушателей, студентов, адъюнктов и соискателей «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем», Воронеж, ВИ МВД России, 2004;

- Всероссийской научно-практической конференции курсантов, слушателей, студентов, адъюнктов и молодых специалистов «Актуальные вопросы совершенствования систем безопасности и связи в борьбе с преступностью», Воронеж, ВИ МВД России, 2006;

- Международной научно-практической конференции «Обеспечение общественной безопасности в Центральном федеральном округе РФ», Воронеж, ВИ МВД России,2007;

- Всероссийской научно-практической конференции курсантов, слушателей, студентов, адъюнктов и молодых специалистов «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем», Воронеж, ВИ МВД России, 2007;

- Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность и связь», Воронеж, ВИ МВД России, 2007;

-. Всероссийской научно-практической конференции «Преступность в России: состояние и проблемы предупреждения и раскрытия преступлений», Воронеж, ВИ МВД России, 2008;

- Открытой конференции преподавателей и сотрудников Воронежского института ФСИН России «Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС», Воронеж, 2008;

- 63-й всероссийской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов ВГАСУ с участием представителей исследовательских, проектно-конструкторских, строительных и общественных организаций, Воронеж, 2008;

- Всероссийской научно-практической конференции УИС «Техника и безопасность объектов УИС», Воронеж, 2008;

- Всероссийской научно-практической конференции курсантов, слушателей, студентов, адъюнктов и молодых специалистов «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем», Воронеж, ВИ МВД России, 2009.

По теме диссертации опубликовано 22 работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Выводы

1. Синтезирован алгоритм оптимального приемника по обнаружению сигнала управляемого пассивного рассеивателя, диода-диполя ,имеющего амплитудную модуляцию с известными параметрами на фоне некогерентного переотраженного сигнала.

Приёмник синтезирован обобщенным методом максимального правдоподобия путем максимизации по неизвестным параметрам амплитудам и фазам сигнала управляемого пассивного рассеивателя и фонового сигнала. Алгоритм обнаружения сигнала состоит в формировании разности билинейных форм, составленных из квадратурных компонент корреляционного интеграла с весовыми множителями, которые зависят от известных параметров сигнала.

2. Синтезирована блок-схема приёмника' из стандартных блоков и узлов. Для оптимального обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя на фоне некогерентного сигнала в схеме осуществляется приём сигнала только на боковых частотах амплитудно-модулированного сигнала.

3. Найдена статистика для выходного напряжения оптимального-приёмника. Для гипотезы отсутствия сигнала - статистика выходного напряжения хи-квадрат с двумя степенями свободы, для гипотезы наличия сигнала - статистика нецентрального хи-квадрат распределения с двумя степенями свободы.

4. Найдены характеристики приёмника-обнаружителя. Вероятность правильного обнаружения приёмника зависит от отношения сигнал-шум сигнала управляемого пассивного рассеивателя по боковым составляющим.

5. На основании анализа прохождения сигналов по типовым радиотехническим цепям и сопоставления этих результатов с алгоритмом

160 обработки сигналов управляемого пассивного рассеивателя с известными параметрами модуляции составлена квазиоптимальная электрическая схема приёмного устройства.

6. Синтезирован алгоритм оптимального приемника по обнаружению сигнала управляемого пассивного рассеивателя, диода-диполя, имеющего амплитудную модуляцию с неизвестными параметрами на фоне некогерентного переотраженного сигнала.

Приёмник синтезирован обобщенным методом максимального правдоподобия путем максимизации по неизвестным параметрам сигнала. Для синтеза приемника применена регуляризация оценок неизвестных параметров по Муру - Пенроузу. Алгоритм обнаружения сигнала состоит в формировании суммы квадратов квадратурных компонент корреляционного интеграла.

7. Синтезирована блок-схема приёмника из стандартных блоков и узлов. Для оптимального обнаружения сигнала управляемого пассивного рассеивателя с неизвестными параметрами, модуляции на фоне некогерентного отраженного сигнала в схеме выделяются только боковые составляющие амплитудно-модулированного сигнала.

8. На основании анализа прохождения сигналов по характерным радиотехническим цепям и сопоставления этих результатов с алгоритмом обработки сигналов составлена квазиоптимальная электрическая схема приёмного устройства с неизвестными параметрами модуляции.

9. Найдена статистика алгоритма обработки сигналов с неизвестными параметрами модуляции. При гипотезе отсутствия сигнала статистика выходного напряжения описывается распределением хи-квадрат с четырьмя степенями свободы. При гипотезе наличия сигнала управляемого пассивного рассеивателя статистика выходного напряжения описывается нецентральным хи-квадрат распределением с четырьмя степенями свободы.

10. Вычислены характеристики оптимального приёмника-обнаружителя сигналов с неизвестными параметрами модуляции. Вероятность правильного обнаружения зависит от отношения сигнал-шум сигнала управляемого пассивного рассеивателя по боковым составляющим.

11. Характеристики приёмника с известными параметрами модуляции лучше, чем с неизвестными, и для случая некогерентного фонового переотраженного сигнала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена синтезу оптимального приемника-обнаружителя сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией с априори известными и неизвестными параметрами модуляции при его обнаружении на фоне когерентного и некогерентного переотраженных сигналов поступающих в приёмник на частоте несущего колебания. В работе выполнен полный цикл синтеза приёмника, начиная с целевой функции и заканчивая электрической схемой приёмного устройства. По целевой функции наилучшего обнаружения сигнала на фоне помех с помощью полного описания реализации и достаточно мощного правила различения гипотез построен алгоритм обработки реализации сигнала. В алгоритме учтены особенности приёма сигнала управляемого пассивного рассеивателя, такие как наличие фоновых переотражений, существующих при наличии и отсутствии сигнала управляемого пассивного рассеивателя и имеющих частоту, совпадающую с частотой несущего колебания полезного сигнала и традиционные априорные неопределённости. Для синтеза алгоритма обработки сигнала с вышеупомянутыми особенностями применён хорошо разработанный метод максимального правдоподобия. Однако его применение с ростом числа неизвестных параметров наталкивается на трудности вынесения оптимальной оценки по наблюдаемой реализации. Один из выходов в такой ситуации - это сокращение числа оцениваемых параметров путем их назначения через процедуру регуляризации по Муру - Пенроузу. Именно этот способ был применён в работе при синтезе алгоритма обработки реализации для случая, имеющего наибольшую размерность по числу оцениваемых параметров, при неизвестных параметрах модуляции и некогерентных фоновых переотражениях. Этот нетрадиционный подход для синтеза алгоритмов обработки реализаций

163 начал применяться в последнее время и имеет доказательство минимизации характеристики рассеяния оценки, полученной таким способом.

В соответствии, с традициями при синтезе алгоритмов обработки сигналов, имеющих случайные значения, в работе найдены характеристики алгоритмов обнаружения. Из синтезированных четырех алгоритмов три имеют известные табличные распределения статистики значений выходного напряжения хи-квадрат распределение или нецентральное хи-квадрат распределение для соответствующих гипотез. В одном алгоритме, при известных параметрах модуляции сигнала, который обнаруживается на фоне когерентных переотражений, статистика выходного напряжения не имеет известного табличного вида и расчёт характеристик осуществлялся через вычисление интегралов.

Обычно в статистической радиотехнике принято завершать работу по синтезу приёмного устройства после получения вышеупомянутых результатов. Однако для практики представляет интерес синтез электрических схем приёмников, которые реализуют разработанные алгоритмы. Поэтому в работе выполнено продолжение этапов' синтеза приёмного устройства и получены« квазиоптимальные схемы по реализации разработанных алгоритмов. Это направление исследований не так широко представлено в литературе по статистической радиотехнике, и развитие полного, комплексного подхода, объединяющего традиционные этапы синтеза статистической радиотехники и классической радиотехники, представляет научный и практический интерес.

В целом по диссертации получены следующие результаты.

1. Получено обобщающее уравнение для расчёта мощности сигнала пассивного рассеивателя в случае нелинейно-параметрической модуляции.

2. При расчёте отношения сигнал-шум длительность сигнала управляемого пассивного рассеивателя ограничена параметрами радиотехнического устройства, в частности добротностью колебательного контура или потерями в конденсаторе.

3. Найдены соотношения для расчёта мощности при дистанционном управлении рассеивателем в случае использования параметрического способа накопления энергии.

4. Синтезирован алгоритм оптимального приемника по обнаружению сигнала управляемого пассивного рассеивателя с амплитудной модуляцией при известных и неизвестных параметрах на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех.

Приёмник синтезирован обобщенным методом максимального правдоподобия путем максимизации по неизвестным параметрам сигнала. В случае обнаружения сигнала с неизвестными параметрами модуляции на фоне некогерентных переоражений при максимизации использована процедура регуляризации решения по Муру - Пенроузу. Алгоритм обнаружения сигнала состоит в формировании разности билинейных форм, составленных из квадратурных компонент корреляционного интеграла с весовыми множителями, которые зависят от известных параметров сигнала.

5. Синтезированы из стандартных блоков и узлов блок-схемы приёмников сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией при известных и неизвестных параметрах на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех.

6. Найдена импульсная характеристика одноконтурного параметрического усилителя. Записано выражение для импульсной характеристики при значительном усилении, при стремлении коэффициента глубины модуляции емкости к пороговому значению. В этом случае импульсная характеристика усилителя эквивалентна импульсной характеристике идеального колебательного контура, но зависит от фазы генератора накачки.

7. Найдены характеристики приёмника-обнаружителя. Вероятность правильного обнаружения приёмника зависит от отношения сигнал-шум сигнала управляемого пассивного рассеивателя.

8. На основании анализа прохождения сигналов по типовым радиотехническим цепям и сопоставления этих результатов с оптимальным алгоритмом обработки сигналов составлена квазиоптимальная электрическая схема приёмного устройства для сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией при известных и неизвестных параметрах на фоне когерентного и некогерентного переотраженного сигнала и помех.

При когерентном фоновом переотраженном сигнале он компенсируется путем вычитания из суммарного по всем гармоникам сигнала управляемого пассивного рассеивателя. При некогерентном фоне и неизвестных параметрах модуляции обнаружение сигнала осуществляется только по энергии боковых гармоник сигнала управляемого пассивного рассеивателя.

1. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели / В.О. Кобак. - М.: Сов. радио, 1975. - 248 с.

2. Кабанов Ю.Л. К вопросу о выборе пассивного датчика для измерения амплитудного распределения электромагнитного поля в раскрыве антенны СВЧ / Ю. Л. Кабанов // Радиотехнические и радиоэлектронные устройства: труды ЛИТМО. Л., 1970. - С. 38-42.

3. Курочкин А.П. Особенности измерения радиоголограмм при помощи зонда /А.П. Курочкин // Радиотехника и электроника. 1971. - Т. 16. -№7. -С. 1273-1276.

4. Уфимцев П.Я. Основы физической теории дифракции / П.Я. Уфимцев. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. - 350 с.

5. Swingler D.ET., Anderson А. Р. Simple microwave holograms and moire fringes using the "spinning-dipole" field perturbation techniques. "Electr.Lett." 1969, v. 5, №. 14.

6. Вайнберг И. А. Многоэлементные и фотоуправляемые приборы для измерения и визуализации-структуры СВЧ полей / И.А. Вайнберг,.В.А. Павельев // Радио- и акустическая голография / под ред. Г.В. Корбукова, C.B. Кулакова. М.: Наука, 1976. - С. 37-54.

7. Вайнберг Э.И. Юстировка облучателя зеркальной антенны по картине ближнего поля / Э.И. Вайнберг, И.А. Жосан, Ю.А. Колосов, А.П. Курочкин // Радиотехника и электроника. 1975. - Т.20. - №9. - С. 17891794.

8. Сидоркин А.Ф. Голографирование в СВЧ-диапазоне способом сканирования поля зондом, создаваемым в полупроводниковом слое / А.Ф. Сидоркин, В.Н. Иванов, Ю.С. Обтемперанский // Радиотехника и электроника. 1976. - Т.21. - №10. - С. 1752-1754.

9. Chisholm J.P. Frequency shift reflection system. USA-Patent, CI 343-18 № 3108275, filed I960, patented 1963.

10. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. пособие для вузов / В.В. Никольский, Т.И. Никольская. -3-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1989. 543 с.

11. Коротковолновые антенны / под ред. Г.З. Айзенберга. М.: Радио и связь, 1985. - 536 с.

12. Баскаков С.И. Основы электродинамики / С.И. Баскаков. М.: Сов. радио, 1973. - 248 с.

13. Леонтович М.А. О теории возбуждения колебаний в вибраторах антенн / М.А. Леонтович, М.Л. Левин // ЖТФ. 1944. - Т. 14. -№9.-С. 481-506.

14. Струков И.Ф. Оперативный анализ пространственных характеристик электромагнитных полей с помощью управляемых рассеивателей: дис. . канд. физ.-мат. наук / И.Ф. Струков; Воронеж, 1983. -204 с.

15. Лукин А.Н. Устройство регистрации радиоголограмм и радиоизображений в реальном масштабе времени / А.Н. Лукин, Ю.И. Гридин, И.Ф. Струков // Приборы и техника эксперимента. 1986. - №4. -С. 118-120.

16. Голография: Методы и аппаратура / под ред. В.М. Гинзбург, Б.М.Степанова. М.: Сов.радио, 1974. - 376 с.

17. А. с. 1156138. Источник питания для управляемого транспорта / А.Н. Лукин, Ю.И. Гридин, И.Ф. Струков // БИ. 1985. - №18.

18. Лукин А.Н. Радиофизические методы измерения параметров сложных источников излучения: дис. . д-ра физ.-мат. наук / А.Н. Лукин. -Воронеж, 1998.-415 с.

19. Нелинейная радиолокация: сб. статей. 4.1. / под ред. А.А.Горбачёва, А.П. Колданова, A.A. Потапова, Е.В.Чигина. М.: Радиотехника, 2005. - 96 с.

20. Головков A.A. Анализ и синтез управляющих многополюсников: монография / А.А.Головков. Воронеж: ВИ МВД России, 1999. - 138 с.

21. Михайлов Г.Д. Рассеяние электромагнитных волн заглубленной круговой рамкой, нагруженной полупроводниковыми диодами / Г.Д. Михайлов, С.Н. Разиньков, С.А. Гайворонская // Изв. вузов. Радиоэлектроника / Киев. 1998. - №10. - С. 43-49.

22. Струков И.Ф. Фазовый модулятор сигнала на полупроводниковом диоде / И.Ф. Струков, А.Н. Сенцов // Вестник Воронежского института МВД России. Воронеж - 2008. - № 3. - С. 59-61.

23. Струков И.Ф. Фазовый модулятор на газоразрядных приборах / И.Ф. Струков, А.Н. Сенцов // Вестник Воронежского института МВД России. 2008. - № 4. - С. 56-58.

24. А. с. №128694. Датчик электромагнитного поля с поляризационной развязкой / А.Н. Лукин, И.Ф. Струков // БИ. 1987. -№11.

25. Alen P.J. Re-radiatingantenna device. USA Patent. CI 343-18 №3154784, fild 1960, patented 1964.

26. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах / пер с англ. Л.А. Апресяна, А.Г. Виноградова, З.И. Фейзулина. М.: Мир, 1981. - Т. 1. - 280 с.169

27. Бухарин C.B. Методы и приложения теории нестационарных М-систем / C.B. Бухарин, В.Г. Рудалёв. Воронеж: ВГУ, 1992. - 119 с.

28. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / В.В. Никольский, Т.И. Никольская. М.: Наука, 1989. -544 с.

29. Теоретические основы радиолокации / под ред. В.Е. Дулевича. М.: Сов. радио, 1978. - 608 с.

30. Топоровский JI. Средства нелинейной радиолокации: реальный взгляд / Л. Топоровский // Системы безопасности. 1998. - №23. - С. 94-96.

31. Вернигоров Н.С. К вопросу о принципе сравнения в нелинейной радиолокации / Н.С. Вернигоров, Т.В. Кузнецов // Информост. -2002. -№3. С. 7-14.

32. Семенов Д.В. Нелинейная радиолокация: концепция NR / Д.В. Семенов, Д.В. Ткачев // Специальная техника. 1999. - №1. - С. 17-22.

33. Калабухов В.А. Нелинейная локация: принципы сравнения /

34. B.А. Калабухов, Д.В. Ткачев // Специальная техника. 2001. - №2. - С. 2830.

35. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах: пер.с англ. / М. Букингем. М.: Мир, 1986. - 398 с.

36. Миддлтон Д. Введение в статистическую теорию связи / Д. Миддлтон. М.: Сов. радио, 1962. - Т.2. - 832 с.

37. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции: пер. с англ.: в 3 т. / Г. Ван Трис. —М., 1977. Т. 1. — 744 с.

38. Теория обнаружения сигналов / П.С. Акимов, П.А. Бакут, В.А. Богданович и др.; под ред П.А. Бакута. М.: Радио исвязь, 1984. - 440 с.

39. Обнаружение радиосигналов / П.С. Акимов, Ф.Ф. Евстратов,

40. C.И. Захаров и др.; под ред. A.A. Колосова. М.: Радио и связь, 1989. -288 с.

41. Тихонов В.И. Оптимальный приём сигналов / В.И. Тихонов. -М.: Радио и связь, 1983. 320 с.

42. Тихонов В.И. Статистический анализ и синтез радиотехнических систем и устройств / В.И. Тихонов, В.Н. Харисов. М.: Радио и связь, 1991. - 608 с.

43. Вопросы статистической теории радиолокации / П.А. Бакут, H.A. Большаков, Б.М. Герасимов и др.; под ред. Г.П. Тартаковского. М.: Сов. радио, 1963. - Т. 1. - 424 с.

44. Рабинер Л. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л. Рабинер, Б. Гоулд; пер с англ. под ред. Ю.И. Александрова. -М.: Мир, 1978. 550 с.

45. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы / С.И. Баскаков. М.: Высшая школа, 2000. - 462 с.

46. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику / С.М. Рытов. М.: Наука, 1976. - 4.1. - 484 с.

47. Боровков A.A. Математическая статистика / A.A. Боровков. -М.: Наука, 1984.-472 с.

48. Пугачев B.C. Стохастические дифференциальные системы / B.C. Пугачев, И.Н. Синицын. М.: Наука, 1985 - 560 с.

49. Куликов Е.И. Оценка параметров сигналов на фоне помех' /

50. Е.И. Куликов, А.П. Трифонов. М.: Сов.радио, 1978. - 296 с.171

51. Гоноровский И .С. Радиотехнические цепи и сигналы / И.С. Гоноровский, М.П. Демин; М.: Радио и связь, 1994. - 480 с.

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

53. Горелик Г.С. Колебания и волны / Г.С. Горелик. М.: ГИФМЛ, 1959.-566 с.

54. Лукин А.Н. Радиоматериалы, радиокомпоненты и основы микроэлектроники / А.Н. Лукин. Воронеж: Воронежская высшая школа МВД России, 1995. - 105 с.

55. Рычина Т.А. Электрорадиоэлементы / Т.А. Рычина. М.: Советское радио, 1976. - 336 с.

56. Кауфман М. Практическое руководство по расчётам схем в электронике: справочник / М. Кауфман, A.F. Сидман; пер. с англ. под ред. Ф.Н. Покровского. — М.: Энергоатомиздат, 1991. Т.1. -368 с.

57. Электрорадиоматериалы / Б.М. Тареев, Н.В. Коротков, В:М. Петров и др.; под ред. Б.М. Тареева. М.: Высшая школа, 1980. — 336 с.

58. Мальцев А.В; Оценка мощности дистанционного параметрического возбуждения колебаний / A.B. Мальцев // Вестник Воронежского института МВД России. 2008. - № 3. - С. 112-116.

59. Нелинейная радиолокация: сборник статей. Часть 2 / под ред. A.A. Горбачева и д.р.. М;: Радиотехника, 2006. - 168 с.

60. Девятков .Н.Д. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности / Н.Д. Девятков, М.Б. Голанд, О.В. Бецкий. М.: Радио и связь, 1991. - 168 с.

61. Основы теории колебаний / В.В. Мигулин, В.И. Медведев, Е.Р. Мустель, В.П. Папрыгин. М.: Наука, 1978. - 391 с.

62. Янке Е. Специальные функции / Е.Янке, Ф.Эмде, Ф.Лёш. М.: Наука, 1977.-344 с.

63. Полупроводниковые диоды: параметры, методы измерений / под ред. H.H. Горюнова, Ю.Р. Носова. М.: Сов. радио, 1968. - 300 с.

64. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные. Диоды импульсные. Оптоэлектронные приборы: справочник / под ред. A.B. Голомедова. М.: Радио и связь, 1988. - 592 с.

65. Корбанский И.Н. Антенны / H.H. Корбанский. М.: Энергия, 1973.-336 с.

66. Амосов A.A. Скалярно-матричное дифференцирование и его применение к конструктивным задачам теории связи / A.A. Амосов, В.В. Колпаков // Проблемы передачи информации. — 1972. Т.8. - Вып.Г. - С. 315.

67. Ахманов ,С.А. Введение в статистическую радиофизику и оптику / С.А. Ахманов, Ю:Е. Дьяков, A.C. Чиркин. М.: Наука, 1981. - 640 с.

68. Свешников А.Г. Теория функций комплексной переменной / А.Г. Свешников, А.Н. Тихонов. -М., 1970. 304 с.

69. Кендал М. Дж. Многомерный статистический анализ и временные ряды / М. Дж. Кендалл, А. Стьюарт; пер. с англ. под ред. А.Н. Колмогорова, Ю.В. Прохорова. М.: Наука, 1976. - 736 с.

70. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц / Ф.Р. Гантмахер. М.: Наука, 1988.-548 с.

71. Радиоприёмные устройства: учебник для вузов / Н.Н.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Голвин и др.; под ред. Н.Н.Фомина. М.: Горячая линия Телеком, 2007. - 520 с.

72. Кендалл М. Дж. Теория распределений / М. Дж. Кендалл, А. Стьюарт; пер. с англ. под ред. А.Н. Колмогорова. М.: Наука, 1971. - 588 с.

73. Горбань И. И. Справочник по теории случайных функций и математической статистике / И.И. Горбань. Киев: Институт кибернетики им. В.М. Глушкова HAH Украины, 1998.

74. Кендалл М. Дж. Статистические выводы и связи / М. Дж. Кендалл, А. Стьюарт; пер. с англ. под ред. А.Н. Колмогорова. М.: Наука, 1973.-899 с.

75. Финько В.Н. Параметрический контур с изменяющимися во времени положительными элементами и его потенциальные возможности: дис. . канд. техн. наук / В.Н. Финько; Воронежский институт МВД России. Воронеж, 2005. - 181 с.

76. Алехин С.Ю. Математические модели, методы анализа и имитационное моделирование системы двух связанных параметрических контуров с индуктивной связью: дис. . канд. техн. наук / С.Ю. Алехин; Воронежский институт МВД России. Воронеж, 2008. - 187 с.

77. Латышева Е.В. Математическое моделирование и свойства колебательных процессов параметрического контура как элемента радиотехнической системы: дис. . канд. техн. наук / Е.В. Латышева; Воронежский институт МВД России. Воронеж, 2009. - 166 с.

78. Градштейн И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений / И.С. Градштейн, И.М. Рыжик. М.: Физматгиз, 1962. - 1202 с.

79. Куликов Е.И. Оценка параметров сигналов на фоне помех / Е.И. Куликов, А.П. Трифонов. М.: Сов. радио, 1978. - 296 с.

80. Альберт А. Регрессия, псевдоинверсия и рекуррентное оценивание / А. Альберт; пер. с англ. под ред. JI.3. Цынкина. М.: Наука, 1977.-224 с.

81. Мальцев A.B. Оптимальный приемник сигналов управляемых пассивных рассеивателей с амплитудной модуляцией / A.B. Мальцев, А.Н. Лукин // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2009. - Том 5. - №11. - С. 210-212.

82. Мальцев A.B. Оценка сигнала, переизлученного диодом-диполем / A.B. Мальцев, В.В. Недомолкин, М.И. Сухо дольский // Вестник Воронежского института МВД России. 2004. - №1 (19). - С. 121-125.

83. Мальцев A.B. Способы селекции сигнала от переизлучающих объектов / A.B. Мальцев // — Вестник Воронежского института МВД России. 2008. - №4. - С. 87-91.

84. Мальцев A.B. Фазовая модуляция сигнала, переизлученного системой диодов-диполей. / A.B. Мальцев, А.Н. Сенцов // Охрана безопасность и связь: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт МВД России. Воронеж, 2007. - Ч. 2. - С. 95-97.

85. Мальцев A.B. Оценка характеристик метода возмущенного поля / A.B. Мальцев, Б.А. Швырев // Техника- и безопасность объектов УИС: сб. материалов всероссийской науч. конф. / Воронежский институт ФСИН России. Воронеж, 2008. - С. 136-140.

86. Мальцев A.B. К вопросу об обнаружении сигналауправляемого пассивного рассеивателя на фоне помех / A.B. Мальцев//177

87. Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: сб. трудов междунар. науч. конф. / ВГТУ. Воронеж, 2010. -С. 157-159.

88. Нелинейная радиолокация: сборник статей / под ред. A.A. Горбачева, А.П. Колданова, A.A. Потапова, Е.П. Чигина. М.: Радиотехника, 2005.-. Ч. 1. - 96 с. - (Библиотека журнала «Нелинейный мир»: Научная серия «Фракталы. Хаос. Вероятность»).

89. Перов А. И. Статистическая теория радиотехнических систем / А.И. Петров. М.: Радиотехника, 2003. — 400 с.