автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Помехоустойчивость систем передачи радиолокационной информации с МНФ сигналами при рассогласовании в индексе модуляции

На правах рукописи

Чернавский Сергей Владимирович

Помехоустойчивость систем передачи радиолокационной информации с МИФ сигналами при рассогласовании в индексе модуляции

Специальность: 05.12.14 - Радиолокация и радионавигация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

л г

005058258

и

Москва, 2013

005058258

государственном техническом университете

Работа выполнена в Московском им. Н.Э. Баумана.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Сенин Александр Иванович

доктор технических наук, профессор Татарский Борис Григорьевич

доктор технических наук, профессор Смирнов Николай Исаакович

ОАО «Научно-исследовательский институт космического приборостроения», г.Москва

Защита диссертации состоится <во »A-cOt Jj 2013 г. в/ У- -^шсов на заседании диссертационного совета Д 212.141.11 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана.

Адрес: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5. МГТУ им. Н.Э. Баумана

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета университета.

Автореферат разослан (Ял^Т-Су^ 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.141.11 доктор технических наук, профессор

Власов Игорь Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время радиолокационные станции (PJTC) широко применяются для решения различных задач. Для построения PJIC обычно используется совмещенная схема. Такая архитектура системы, несмотря на ряд достоинств, имеет и существенные недостатки, главный из которых - низкая живучесть. Для его устранения целесообразно использовать распределенную схему. РЛС, построенная по такому принципу, называемая многопозиционной (МПРЛС), состоит из множества распределенных в пространстве приемо-передающих модулей (ППМ), которые могут быть как неподвижными, так и способными менять свое положение, и центрального модуля (ЦМ). гДе происходит объединение и обработка радиолокационной информации. Одной из подсистем МПРЛС является система передачи радиолокационных данных от приемо-передающих модулей на центральный модуль. К таким системам передачи информации (СПИ) предъявляется ряд требований, основными из которых являются скрытность, помехозащищенность, высокая скорость передачи данных, низкая стоимость, малый вес и габариты аппаратуры.

Для удовлетворения перечисленным требованиям целесообразно использовать миллиметровый диапазон волн, для которого разработаны генераторы, позволяющие создавать сравнительно недорогую приемо-передающую аппаратуру. В качестве модуляции целесообразно использовать модуляцию с непрерывной фазой (МНФ), поскольку она позволяет обеспечить высокие показатели спектральной и энергетической эффективности и простоту конструкции передающего устройства. Однако необходимо иметь ввиду, что нестабильность, характерная для недорогих генераторов миллиметрового диапазона, в случае использования МНФ сигналов приводит к рассогласованию в индексах модуляции на приемной и передающей сторонах.

Исследованию свойств МНФ сигналов, методам их приема и оценке помехоустойчивости СПИ посвящено много работ как у нас в стране, так и за рубежом. Значительный вклад в эту область внесли отечественные и зарубежные ученые: Крохин В.В., Аджемов С.С., Парамонов A.A. занимавшиеся исследованием помехоустойчивости МНФ сигналов и разработкой устройств их приема, Парамонов К.А., исследовавший методы приема МНФ сигналов с циклически меняющимся индексом модуляции, Баланов М.Ю., разработавший метод увеличения помехоустойчивости МНФ сигналов путем расширения их спектра, Куликов В.Г., разработавший теоретические основы оценки помехоустойчивости СПИ с МНФ сигналами при воздействии различного рода помех, De Buda R.,Osborne W.P., Luntz M.B., Anderson J.B., Aulin T., Sundberg C.E.-W., разработавшие теорию оценки помехоустойчивости МНФ сигналов при когерентном и некогерентном методах приема, Bianchi R., предложивший и исследовавший методы оценки параметров МНФ сигналов, и др. Среди отечественных организаций, занимавшихся исследованием вопросов, связанных с приемом МНФ сигналов, а также исследованием их свойств, можно отметить НИИКП, МИРЭА, МТУСИ, МЭИ, СПбГПУ и др.

Несмотря на обилие работ, связанных с применением МНФ сигналов, вопросы влияния рассогласования в индексах модуляции на передающей и приемной сторонах на помехоустойчивость СПИ практически не освещены в литературе.

Целью диссертационной работы является исследование помехоустойчивости системы передачи радиолокационной информации с МНФ сигналами при рассогласовании в индексе модуляции, а также разработка и исследование методов устранения этого рассогласования путем оценки индекса модуляции в приемнике с последующей коррекцией на передающей стороне.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

• определение требований к системам передачи информации МПРЛС и обоснование выбранных технических решений;

• обоснование выбора МНФ сигналов для передачи информации в МПРЛС, исследование характеристик и выбор параметров МНФ сигналов;

• исследование помехоустойчивости СПИ с МНФ сигналами в случае когерентного приема при наличии рассогласования в индексе модуляции;

• исследование помехоустойчивости СПИ с МНФ сигналами в случае некогерентного приема при наличии рассогласования в индексе модуляции;

• разработка и исследование метода оценки рассогласования в индексе модуляции на основе приближенного решения уравнения правдоподобия.

Методы исследования. Решение поставленных в диссертационной работе задач осуществляется с использованием методов статистической радиотехники, оптимального приема сигналов, теоретических основ радиолокации, математического и имитационного моделирования.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач исследования, применением современных методов исследования, современных пакетов программ для математических расчетов и моделирования, согласованностью результатов теоретических оценок и моделирования.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими основными результатами:

• исследованы характеристики МНФ сигналов при различных значениях параметров модуляции, даны рекомендации к выбору параметров модуляции;

• исследована помехоустойчивость СПИ с МНФ сигналами в случае когерентного приема при наличии рассогласования в индексе модуляции;

• исследована помехоустойчивость СПИ с МНФ сигналами в случае некогерентного приема при наличии рассогласования в индексе модуляции;

• разработан новый алгоритм оценки рассогласования в индексе модуляции на основе приближенного решения уравнения правдоподобия, исследованы его точностные характеристики.

Практическая значимость работы заключается в результатах исследования спектральных и энергетических характеристик МНФ сигналов со сглаживанием; в результатах оценки помехоустойчивости при рассогласовании в индексе модуляции для случаев когерентного и некогерентного методов приема; в наборе разработанных и реализованных в среде МаЙаЬ/ЗтиНпк имитационных моделей, позволяющих получать характеристики СПИ при обработке сигналов на длительности одного и нескольких символьных интервалов; в новом алгоритме оценки индекса модуляции и его программной реализации.

На защиту выносятся:

• результаты исследования спектральных и энергетических характеристик МНФ сигналов со сглаживанием;

• результаты оценки помехоустойчивости когерентных методов приема МНФ сигналов на длительности одного и нескольких символьных интервалов при рассогласовании в индексе модуляции;

• результаты оценки помехоустойчивости некогерентных методов приема МНФ сигналов на длительности одного и нескольких символьных интервалов при наличии рассогласования в индексе модуляции;

• разработанный алгоритм оценки рассогласования в индексе модуляции МНФ сигналов и его точностные характеристики;

• разработанные имитационные модели СПИ в средах МаЙаЬ и 8тш1тк;

• результаты расчета и моделирования.

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:

1. XVII международная конференция «Радиолокация, радионавигация и связь», г.Воронеж, 2011г.

2. Конференция «Телекоммуникационные и вычислительные системы», г.Москва, 2011г.

3. XVIII международная конференция «Радиолокация, радионавигация и связь», г.Воронеж, 2012г.

4. Конференция «Радиооптические технологии в приборостроении», г.Туапсе, 2012г.

5. Конференция «Телекоммуникационные и вычислительные системы», г.Москва, 2012г.

Внедрение результатов диссертационной работы. Результаты диссертационной работы использованы в НИР, проводимых в НИИ радиоэлектронной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также используются в учебном процессе на кафедре радиоэлектронных систем и устройств МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Публикации по теме диссертационной работы. Основные результаты диссертационной работы изложены в 11 печатных работах, из них 6 научных статей, опубликованных в журналах из перечня ВАК, и 5 тезисов докладов на научных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 90 наименований и 4-х приложений. Диссертация изложена на 198 страницах, содержит 67 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи работы, дана характеристика методов исследования, отмечены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрена общая структура МПРЛС, описаны ее достоинства и недостатки, отмечено значение системы передачи информации и ее место в общей

3

структуре МПРЛС, указаны требования, которые предъявляются к СПИ, обоснован выбор диапазона и тип модуляции, исследовано влияние параметров МНФ сигналов на их спектральные и энергетические характеристики, приведены зависимости, позволяющие выбрать параметры МНФ сигналов.

МПРЛС состоит из центрального модуля и нескольких распределенных в пространстве приемо-передающих модулей, размещенных на подвижных объектах. В функции ЦМ входит совместная обработка радиолокационного сигнала от всех ППМ, а также общее управление системой. К достоинствам такой МПРЛС относятся высокая мобильность, живучесть, информативность.

Важной составной частью МПРЛС является система передачи радиолокационной информации. Основными требованиями, предъявляемыми к системе передачи информации от ППМ к ЦМ, являются высокая скорость передачи данных, защищенность от помех, скрытность, малые габариты и низкая стоимость аппаратуры.

Для СПИ можно использовать оптический, миллиметровый и сантиметровый диапазоны волн. Анализ, проведенный в работе, показал, что наиболее подходящим является миллиметровый диапазон, а именно полоса частот вблизи 60 ГГц. Наблюдаемое сильное затухание сигнала из-за поглощения молекулярным кислородом (коэффициент ослабления при этом может превосходить 10 дБ/км) при передаче информации на малые расстояния позволяет обеспечить скрытность СПИ. Для разработки недорогой аппаратуры промышленностью выпускаются генераторы на диоде Ганна. Как показано в работе, при использовании данных приборов наиболее подходящей модуляцией является МНФ, поскольку она обеспечивает высокую спектральную и энергетическую эффективность.

При использовании МНФ сигналов передающие устройства состоят из последовательно включенных фильтра нижних частот (ФНЧ) и генератора, управляемого напряжением (ГУН). На вход ФНЧ подается сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов. После ФНЧ сглаженный сигнал поступает на вход ГУНа, где он используется как управляющее напряжение.

На выходе ГУНа сигнал с непрерывной фазой имеет следующий вид:

где Е - энергия сигнала на длительности одного символа Т, /0 - несущая частота, - индекс модуляции, N - количество передаваемых символов Д., г' = 0,1,2,...,#-1, принимающих значения {±1, ±3, ... ±(М-1)}, М = 2"°, па -натуральное число, q[t) - фазовый импульс — непрерывная неубывающая функция, для которой выполняются условия: = г < 0 и = 0,5, / >ЬТ, где Ь = 1,2,... - параметр, характеризующий степень взаимного влияния передаваемых символов. Частным случаем МНФ сигнала является частотно-модулированный сигнал с

непрерывной фазой (ЧМНФ). Для него Ь = 1 и = при 0 < г < 7\

Исследования влияния формы фазового импульса на характеристики МНФ сигналов, выполненные рядом авторов за последние годы, показали, что характеристика ФНЧ, найденного решением задачи глобальной оптимизации 4

(1)

методами нелинейного программирования (максимизация проводилась по величине квадрата минимального сигнального расстояния при ограничениях на спектральные характеристики), незначительно отличается по форме от характеристики гауссовского фильтра. При его использовании параметрами, подлежащими выбору при проектировании системы передачи информации, являются индекс модуляции безразмерный параметр ВТ (В - ширина полосы пропускания фильтра по уровню -3дБ), который определяет параметр Ь фазового импульса и объем алфавита источника информации М. Как показано в литературе, целесообразно использовать алфавиты с М- 2 и М = 4, поскольку при дальнейшем увеличении М чрезмерно усложняется демодулятор СПИ без заметного улучшения характеристик передачи данных.

При выборе индекса модуляции к0 необходимо учитывать тот факт, что для когерентной демодуляции необходимо использовать только рациональные индексы модуляции. Диапазон, из которого следует выбирать индекс модуляции, определяется следующими соображениями: чрезмерно маленькие индексы модуляции (И0 <1/3) приводят к низкой помехоустойчивости, а чрезмерно большие (к0 >1) - к расширению спектральной плотности мощности сигнала без улучшения помехоустойчивости. Кроме того, от выбранного индекса модуляции зависит число узлов в фазовой решетке, а следовательно, сложность демодулятора. Для исследования свойств МНФ сигналов в работе индексы модуляции выбирались из набора

Параметр ВТ целесообразно брать в диапазоне ВТ = 0,2...1, что приблизительно соответствует £ = 1...4. Дальнейшее уменьшение ВТ (увеличение L) приводит к чрезмерному усложнению демодулятора. При ВТ = 1 сигнал практически совпадает с ЧМНФ.

Спектральные свойства МНФ сигналов исследовались многими авторами. Основные результаты в данной области получены P.P. Андерсеном, Дж. Сальцем, Л.Дж. Гринштейном, Дж.Дж. Гаррисоном и рядом других исследователей. В основном эти результаты носят теоретический характер и заключаются в аналитических выражениях для расчета спектральной плотности мощности МНФ сигналов при тех или иных ограничениях. Сами же результаты расчета по полученным формулам приводятся в литературе лишь для конкретных наборов параметров. Для выбора параметров МНФ сигналов при разработке СПИ МПРЛС требуются более подробные данные по спектральным характеристикам, чем имеющиеся в литературе.

Спектральные свойства МНФ сигнала характеризуются коэффициентом спектральной эффективности, который определяется как

где А/7 - полоса частот, занимаемая сигналом. В работе в качестве АР берется полоса частот, в которой сосредоточено 99,9% мощности сигнала.

На Рисунке 1 представлены рассчитанные зависимости коэффициента

(2)

спектральной эффективности от параметра ВТ для индексов модуляции из набора (2) при М = 2 и М = 4. На Рисунке 1 (а также на следующих Рисунках 2,3 и 4) номер кривой соответствует порядковому номеру \ из набора (2).

2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

м =2

3 - 4- 1 —3" 2 1 — •X

6 7 -И-1

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 ВТ

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 ВТ

Рис. 1.

Зависимости а от параметра ВТ для М = 2 (а) и М = 4 (б)

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Рис. 2. Зависимости у в дБ от параметра для случаев М = 2 (сплошные линии) и М = 4

Другой важной спектральной

характеристикой МНФ сигнала является уровень первых боковых лепестков у спектральной плотности мощности (СПМ), поскольку от него во многом зависит эффективность размещения соседних каналов при частотном разделении. Рассчитанные зависимости значений у в дБ от параметра ВТ при различных индексах модуляции из набора (2) для случаев М = 2 и М = 4 представлены на

Рисунке 2.

Как следует из представленных результатов, для системы сигналов с М = 4 могут быть получены большие значения коэффициента спектральной эффективности по сравнению со случаем М = 2. При этом необходимо отметить, что выигрыш в коэффициенте спектральной эффективности увеличивается при уменьшении индекса модуляции. Влияние параметра низкочастотного фильтра на коэффициент спектральной эффективности МНФ сигналов увеличивается при его уменьшении. При двоичной передаче данных высокий уровень боковых лепестков в спектральной плотности мощности приводит к скачкообразному уменьшению коэффициента спектральной эффективности при увеличении параметра гауссовского фильтра ВТ. При М- 4 уровень боковых лепестков ниже и не влияет на коэффициент спектральной эффективности. При этом как для М = 2, так и для А/ = 4, уровень боковых лепестков уменьшается с увеличением индекса модуляции.

Помимо спектральных важное значение имеют энергетические характеристики сигналов. В качестве показателя энергетической эффективности для МНФ сигналов

используется верхняя граница квадрата минимального сигнального расстояния, нормированная к удвоенной энергии сигнала,

где (?) и sj{t) - МНФ сигналы, соответствующие различным передаваемым символам.

На Рисунке 3 приведены рассчитанные зависимости <1\ от параметра ВТ при различных индексах модуляции из набора (2) для М- 2 и М = 4.

2,5

2,0 1,5

1,0

0,2 0,4 0,6 0,8 ВТ о.-* о.4 и." и>8 В1

Рис. 3.

Зависимости с12в от параметра ВТ при М = 2 и М = 4

Из полученных результатов следует, что при больших значениях параметра ВТ энергетические характеристики сигналов в основном определяются индексом модуляции. Параметр ВТ гауссовского фильтра влияет на энергетическую

эффективность лишь при малых значениях.

Наиболее полное представление о свойствах МНФ сигнала дают зависимости от а, представленные на рисунке 4. Как видно из графиков, энергетические характеристики при двоичной передаче данных

определяются в основном индексом модуляции. При М = 4 на энергетическую эффективность влияют и индекс модуляции, и параметр фильтра.

Исследования, проведенные в первой главе диссертации, позволяют выбрать параметры МНФ сигналов для достижения необходимых характеристик СПИ.

Во второй главе исследовано влияние рассогласования в индексах модуляции на приемной и передающей сторонах на помехоустойчивость СПИ в случае когерентного приема при обработке сигнала на длительности одного и нескольких

7

Рис. 4.

Зависимости ^ от а при М = 2 (сплошные линии) и М = 4 (пунктирные)

символов.

Для ЧМНФ сигнала при двоичной передачи данных и обработке на интервале одного символа принимаемый сигнал при условии идеальной фазовой синхронизации на момент начала сеанса связи имеет вид

t \ 2Е

2*U + P,

л{\ +Ah)t

■9

+ n(t),

(5)

где Д - передаваемый символ, принимающий значения ±1, \ - ожидаемое на приемной стороне значение индекса модуляции, ДА - рассогласование в индексе модуляции,.

;-1 /-1 1-1 в = + А/г) = + ^/?уяД/г = ва+ Ав - начальная фаза сигнала при

,=0 у=0 М

приеме 1-го символа, состоящая из ожидаемой начальной фазы в0 и ошибки Ав из-за рассогласования в индексе модуляции, и (7) - белый гауссовский шум с односторонней СПМ .

В работе показано, что вероятность ошибки в приеме ьго символа определяется выражением

Е М{%\щ)

-1Ф 2

/

Е М{х\и2)

N0 фэЩ}

(6)

где

м{х\и1Л} = Е

+sin(A<9)

±cos(A<9)

Бт(лДА) sin(^(2/20 + Ah)) лМ л (2^ +Ah)

соз(яД/г)-1 соз(л-(2/г0+Д/г))-1 лАк л( Ih^+Ah)

sin (2 л\)

.

D{x\uu)=EN0

ф[х) = —^= jc/y - интеграл вероятностей, М{-} и £>{■} - символы

математического ожидания и дисперсии, х - решающая статистика.

Из выражений (6) следует, что вероятность ошибки зависит от рассогласования в начальной фазе, которая в свою очередь определяется последовательностью передаваемых символов Д и номером i передаваемого символа.

Вероятность ошибки, усредненная по начальной фазе Ав и по всем N передаваемым символам принимает вид

™ j=0 (=1

где пв - количество возможных значений рассогласования начальной фазы, ) -

распределение вероятностей рассогласования в начальной фазе, которое зависит от параметров модуляции и номера символа п от начала передачи информации.

Аналогично оценивается помехоустойчивость СПИ при использовании МНФ сигнала с другими фазовыми импульсами <?(/)• Для этого необходимо определить

величины и . Также возможно обобщение на случай недвоичной

передачи данных.

Для случая обработки на интервале, равном длительности нескольких символов, получить точное выражение для вероятности ошибки не удается. Однако для больших отношений Е/Ы0 ее можно оценить как

Р<1-Ф

А Е_ тЬЛГ0,

(8)

где

= ™

>,и*1

2 Е-

VI

¡('Ыт-'Ш))-

л

- параметр, определяющий помехоустойчивость СПИ в случае наличия рассогласования в индексе модуляции, и ^(^{Д})- ожидаемый и

принимаемый сигналы, соответствующие последовательности символов {/?} , г = 1,

На Рисунке 5 приведены полученные в работе зависимости параметра от индекса модуляции при различных ДА для ЧМНФ сигнала при обработке на длительности трех символов.

<|'- Для проверки теоретических зависимостей

были разработаны имитационные модели в среде МаЙаЬ/ЗшшНпк. Результаты моделирования и их сравнение с теоретическими данными представлены на Рисунках 6 и 7. Относительная погрешность результатов моделирования и теоретических расчетов, усредненная по всем точкам, составила 11 и 20 процентов в случае обработки на одном и трех символьных интервалах соответственно.

Полученные результаты позволяют оценить допустимое отклонение в индексе модуляции при заданной длине последовательности данных или при заданном максимальном отклонении в индексе модуляции рассчитать максимально допустимую длительность последовательности символов, которую целесообразно обрабатывать когерентно. В третьей главе исследовано влияние

О 0,5 1

Рис. 5. Зависимости квадрата минимального сигнального расстояния от значения индекса модуляции для ЧМНФ сигнала: 1 - А/г = 0, ДА = -0,05, ДА = 0,1

рассогласования в индексах модуляции на приемной и передающей сторонах на помехоустойчивость СПИ в случае некогерентного приема, описаны имитационные модели, приведены результаты моделирования и дано их сравнение с теоретическим

3 6 9 12 E/N

Рис. 6.

Зависимости вероятности ошибки, усредненной по длине пакета из N символов от отношения E/N0 при h 0= 0,7 для случая Ah = 0,005 (кривая 1 - N = 64, кривая 2 -N = 256, кривая 3 - N = 512, сплошные линии - теоретические зависимости, прерывистые — результаты моделирования)

Б 9

Рис. 7.

Зависимости вероятности ошибки от Е/Л^ для первого символа ЧМНФ сигналов с И 0= 0,7 при обработке на длительности трех символов: кривая 1 - Дй = 0,05, кривая 2- АИ = 0,075, кривая 3 - Д/г = 0,1 (пунктирные линии — теоретические зависимости, сплошные — полученные моделированием)

Показано, что при некогерентном приеме на характеристики помехоустойчивости не сказывается накапливающаяся ошибка в начальной фазе из-за рассогласования в индексе модуляции и, соответственно, вероятность ошибки не зависит от номера демодулируемого символа. Как и для когерентного приема, в работе рассмотрена обработка сигнала на интервале одного и нескольких символов отдельно. В первом случае при двоичной передаче данных вероятность ошибки может быть рассчитана по формуле:

(9)

где

QM=j<

\m{z,}\ +|m{Z2}|2 -2Re(M{z,}M{Z2'}/b) _ \m{zx}\-\m{Z2

1-Й2 + VH?

2 ,

exp -

/„(xm')WW

Функция Маркума, /0 (x)

модифицированная функция Бесселя первого рода нулевого порядка, М {•} и £>{•}

символы математического ожидания и дисперсии соответственно,

т т

¿12 =+ (10)

(И)

- комплексные корреляционные интегралы, - принимаемый сигнал, 5,2(<) -опорные сигналы, соответствующие символам «1» и «О», символ «•» означает преобразование Гильберта, р -комплексный коэффициент корреляции опорных сигналов.

Для ЧМНФ сигналов величины, входящие в (9), могут быть получены теоретически:

Е 2[1-соз((2/г0+Д/г)я-)] ~ Я0 (2Йо + Л/г)2 л-2

_ Е 2[1-соБ(лД/г)]

При обработке на интервале п символов (и > 1) на приемной стороне формируются опорные сигналы, соответствующие всем возможным последовательностям символов длиной 2п + \. Вероятность ошибки может быть приближенно оценена с использованием следующего выражения:

1 т т I I \

™ к=1 м

где и ги - корреляционные интегралы входного сигнала с опорными, соответствующими последовательностям информационных символов длиной 2п +1, у которых (гс + 1)-й символ равен «-1» и «+1» соответственно, - полезный сигнал

при передачи информационного символа «+1», т = 22". Результаты могзт быть распространены на случай недвоичной передачи данных.

Для проверки теоретических зависимостей в среде МАТЬАВ были разработаны имитационные модели. На Рисунках 8 и 9 приведены теоретические кривые и зависимости, полученные имитационным моделированием, для случаев обработки на интервале одного и трех символов.

Полученные формулы позволяют оценить вероятность ошибки для МНФ сигнала в случае наличия рассогласования в индексе модуляции при некогерентном приеме. Влияние рассогласования в индексе модуляции на помехоустойчивость СПИ меньше, чем в случае когерентного приема.

В четвертой главе проведен анализ методов устранения рассогласования в индексе модуляции, рассмотрены алгоритмы оценки индекса модуляции для устранения рассогласования, предложен новый метод оценки индекса модуляции на основе приближенного решения уравнения правдоподобия, исследованы его точностные характеристики, представлены результаты моделирования и их сравнение с теоретическими оценками.

Для устранения рассогласования в индексе модуляции можно либо следить за индексом модуляции на передающей стороне, либо оценивать индекс модуляции на приемной стороне и передавать команды коррекции на передающую. Второй вариант является более предпочтительным, поскольку не усложняет аппаратуру ППМ. Для оценки индекса модуляции МНФ сигналов известен ряд методов. Анализ, проведенный в работе, показал, что существующие методы оценки индекса

модуляции либо дают невысокую точность оценки, либо требуют использования длинных последовательностей символов.

9 12 Е/Ы а

Рис. 8.

Зависимости вероятности ошибки от отношения £///„ для ЧМНФ сигнала с А0 = 0,7 при обработке на длительности 1 символа: кривая 1 - ДА = -0,4, кривая 2 -ДА = -0,2, кривая 3 - ДА = 0, кривая 4 -ДА = 0,4, кривая 5 - ДА = 0,2 (сплошные линии - теоретические зависимости, прерывистые - моделирование)

10

10

10

=¡3=. =г Р 1 7 ! 1 1

1 ! 1

--- :----— -

1 ; 1.1 ]

= щ =5. ещ

А у

-^ГГ-

Кт

12

Е/Ы

6 9 б

Рис. 9.

Зависимости вероятности ошибки от отношения для ЧМНФ сигнала с А0 = 0,7 при обработке на длительности 3-х символов: кривая 1 -ДА = -0,1, кривая 2 - ДА = 0, кривая 3 -ДА = 0,1 (сплошные линии-теоретические зависимости, прерывистые - моделирование)

В диссертации разработан метод оценки индекса модуляции не имеющий указанных недостатков, основанный на приближенном решении уравнения правдоподобия. Как известно, решение уравнения правдоподобия сводится к

отысканию корня уравнения = о, где 2 - корреляционный интеграл. В работе

ЗА

рассматриваются свойства корреляционного интеграла 2 при Ь = 1 и двоичной передаче символов. При этом предполагается, что в сообщение вводится известная последовательность {Д.} длиной N символов. При малых рассогласованиях в индексе модуляции и больших отношениях Е/Ы0, раскладывая 2 в ряд Маклорена, можно получить

Е_ Т

№ (

2(АЬ)*ЕМ--7Г2Ы2 {ПЕУ^-'Т)

(13)

ск.

о V '=0 -,>' 1

В формуле (13) первое слагаемое - это значение корреляционного интеграла в отсутствии рассогласования в индексе модуляции, второе - характеризует уменьшение 2 из-за рассогласования в индексе модуляции, определяемое только формой фазового импульса а третье - уменьшение 2, определяемое не

только фазовым импульсом но также и видом последовательности символов

{Д}> 1 = 0,—,N-1.

Из формулы (13) следует, что рассогласование в индексе модуляции оказывает наибольшее влияние на значение корреляционного интеграла • при последовательности одинаковых символов, а наименьшее — при последовательности чередующихся символов. Для этих двух крайних случаев соответственно получается:

(14)

гтак{Ак)«ЕМ-1л2М2МЕ.

Для всех других последовательностей символов значение 2(Д/г) будет находиться между значениями 2тт (А/г) и 2тах (А/г), при этом математическое ожидание и дисперсия величины 2 (А/г) (усреднение производится по последовательностям символов) определяются выражениями:

М{г(М)} ^ ЕМ+^тг2Ак2ЕН, (15)

В{2{Ак))«я2АкгЁ-

N -./V 12

На Рисунке 10 приведены зависимости 2(А/г), построенные по формулам (14) и (15), а также результаты моделирования для случая ЧМНФ сигнала с И = 0,7 и ЛГ = 8.

Рис. 10.

Зависимости значений нормированного корреляционного интеграла от Д/г: 1,2 - последовательность одинаковых символов, 3,4 - последовательность чередующихся символов, 5,6 -математическое ожидание (сплошные линии теоретическая оценка, прерывистые - моделирование)

Важный вывод, который следует из выражения (13) заключается в том, что зависимость корреляционного интеграла от рассогласования в индексе модуляции при малых его значениях можно приближенно представить как

2(Ак)~Ег-АЕгАк2, (16)

где Е2 - значение корреляционного интеграла в отсутствии рассогласования в индексе модуляции, А - коэффициент, зависящий от введенной последовательности символов {Д}. В работе показано, что используя выражение (16), формулу для оценки рассогласования в индексе модуляции можно представить в виде

Д/г = -

(17)

АЫ% 2Х + 2г

где и 2г - значения сигналов на выходе корреляторов, настроенных на МНФ сигналы с индексами модуляции Ь\ и соответственно, Щ -

выбираемый параметр.

Для нахождения дисперсии оценки можно воспользоваться выражением:

1 1

Э21п(Л(Лй)) дМ2

2Е д2г(Ак)

М, ЭА/г

(18)

После ряда преобразований окончательно получаем, что дисперсия оценки рассогласования в индексе модуляции определяется следующим выражением:

1 (19)

N.

2

Л2''

В,= [ Тл^РА^-УГ) Л, 1 = 1,2.

о V /

На Рисунках 11 и 12 приведены СКО оценок АН, полученных имитационным моделированием и рассчитанных с использованием формул (19) для ЧМНФ сигнала с 1%= 0,7 для последовательности длиной 256 символов, которая задавалась

следующим образом

_ ГО, если у = 0(шоаз)л; = 0(то(117) 1 I 1, иначе.

(20)

СГдь 0,0005 0,0004 0,0003 0,0002 0,0001

ч

\ ч

\ ч

ч

8 10 12 14 Е/1М0

Рис. 11. Зависимость СКО оценки рассогласования в индексе модуляции от отношения Е/И,0 (сплошная линия -моделирование, прерывистая -теоретический расчет)

дьхю-5

Рис. 12. Зависимость СКО Л/г от рассогласования в индексе модуляции: 1 - Е/Ый = 5дБ, 2 - Е/ЛГ0 =10дБ, 3 -Е/И0 =\5дБ Е/Ы0 (сплошная линия-моделирование, прерывистая — теоретический расчет)

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

В приложениях приведено подробное описание разработанных имитационных моделей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показана эффективность применения МНФ сигналов в СПИ МПРЛС. Исследованы характеристики МНФ сигналов. Получены результаты, позволяющие выбрать параметры модуляции для обеспечения требуемых спектральных и энергетических характеристик.

2. Исследована помехоустойчивость СПИ с МНФ сигналами при когерентном приеме при наличии рассогласования в индексе модуляции. Показано, что рассогласование в индексе модуляции приводит к зависимости вероятности ошибки от номера передаваемого символа. Указано, что требуемая точность согласования в индексе модуляции на приемной и передающей сторонах зависит от длины последовательности, обрабатываемой когерентно. Так, при приеме пакета из 1000 символов при вероятности ошибки Рош =10"5 рассогласование в индексе модуляции не должно превышать Д/гтах га 0,005 .

3. Исследована помехоустойчивость некогерентного приема МНФ сигналов при наличии рассогласования в индексе модуляции. Установлено, что рассогласование в индексе модуляции оказывает значительно меньшее влияние на помехоустойчивость, чем в случае когерентного приема, так для обеспечения энергетических потерь меньше 1 дБ при приеме с вероятностью ошибки Рош =10~5 рассогласование в индексе модуляции должно быть не больше A/zmax я 0,1.

4. Разработан новый алгоритм оценки рассогласования в индексе модуляции, исследованы его точностные характеристики. Показано, что данный метод дает оценку индекса модуляции с лучшими точностными характеристиками, чем обеспечивают существующие методы. Так, при использовании последовательности из 256 символов разработанный метод обеспечивает СКО оценки Дh приблизительно 0,0002 при отношении E/N0 =10дБ.

РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Крючков И.В., Сенин А.И., Чернавский C.B. Спектральные и энергетические характеристики сигналов с непрерывной фазой и гауссовой фильтрацией для широкополосной системы связи // Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана. Приборостроение. 2011. №4. С. 111-118.

2. Выбор параметров модулированного сигнала с непрерывной фазой и гауссовой фильтрацией для широкополосной системы связи / А.И. Сенин [и др.] //Наука и образование: Электронное научно-техническое издание. 2011. №11. URL. http://technomag.edu.ru/doc/249978.html (дата обращения 23.09.2012)

3. Сравнительный анализ характеристик модулированного сигнала с непрерывной фазой и гауссовой фильтрацией для системы связи миллиметрового

диапазона / А.И. Сенин [и др.] //Радиолокация, радионавигация и связь: Тез. докл. XVII Международной конференции. Воронеж, 2011. С. 1165-1169.

4. Сенин А.И., Чернавский C.B. Влияние рассогласования в индексе модуляции на помехоустойчивость системы связи с частотно-модулированными сигналами с непрерывной фазой // Телекоммуникационные и вычислительные системы: Тез. докл. Всероссийской конференции. Москва, 2011. С. 114-115.

5. Сенин А.И., Чернавский C.B., Лесников Г.А. Оценка индекса модуляции частотно-модулированного сигнала с непрерывной фазой // Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана. Приборостроение. 2012. №3. С. 75 - 85.

6. Сенин А.И., Чернавский C.B. Влияние рассогласования в индексе модуляции на помехоустойчивость системы связи с частотно-модулированными сигналами с непрерывной фазой // Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана. Приборостроение. 2012. №2. С. 109-121.

7. Сенин А.И., Чернавский C.B. Исследование помехоустойчивости системы связи с частотно-модулированным сигналом при наличии рассогласования в индексе модуляции для случая когерентного приема // Наука и образование: Электронное научно-техническое издание. 2012. №1. URL. http://technomag.edu.ru/doc/290967.html (дата обращения 23.09.2012)

8. Оценка индекса модуляции частотно-модулированного сигнала на основе приближенного решения уравнения правдоподобия / А.И. Сенин [и др.] //Радиолокация, радионавигация и связь: Тез. докл. XVIII Международной конференции. Воронеж, 2012. С. 483-492.

9. Многоабонентная широкополосная система передачи данных для распределенных радиолокационных комплексов / А.И. Сенин [и др.] //Радиооптические технологии в приборостроении: Тез. докл. Всероссийской конференции. Туапсе, 2012. С. 148- 151.

10. Сенин А.И., Чернавский C.B. Методы оценки индекса модуляции для систем передачи информации с модуляцией с непрерывной фазой //Телекоммуникационные и вычислительные системы: Тез. докл. Всероссийской конференции. Москва, 2012. С. 114-115.

11. Многоадресная широкополосная система передачи информации для многопозиционных радиолокационных станций. / А.И. Сенин [и др.]// Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Приборостроение. 2012. Спецвыпуск. С. 53 - 59.

Подписано к печати 16.04.13. Заказ №262 Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5 (499) 263-62-01

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ

Н.Э. БАУМАНА

На правах рукописи

Чернавский Сергей Владимирович

ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ С МНФ СИГНАЛАМИ ПРИ РАССОГЛАСОВАНИИ В ИНДЕКСЕ МОДУЛЯЦИИ

Специальность: 05.12.14 - Радиолокация и радионавигация

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

СО

00 Научный руководитель

О 00

к.т.н., доцент

со С\] Сенин Александр Иванович

сг>

О ° СМ ^

Москва, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.................................................................4

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................5

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ..............12

1.1. Структура многопозиционной радиолокационной станции.........12

1.2. Система передачи радиолокационной информации......................16

1.3. Обоснование выбора диапазона частот и типа модуляции...........18

1.4. Спектральные и энергетические характеристики МНФ сигналов.....................................................................................................32

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ КОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМА МНФ СИГНАЛОВ ПРИ РАССОГЛАСОВАНИИ В ИНДЕКСЕ МОДУЛЯЦИИ.....................................51

2.1. Когерентный прием сигналов на длительности одного символа......................................................................................................51

2.2. Когерентный прием сигналов на длительности нескольких символов....................................................................................................65

2.3. Имитационная модель когерентного приема сигналов на длительности одного символа.................................................................84

2.4. Имитационная модель когерентного приема сигналов на длительности нескольких символов........................................................88

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ НЕКОГЕРЕНТНОГО ПРИЕМА МНФ СИГНАЛОВ ПРИ РАССОГЛАСОВАНИИ В ИНДЕКСЕ МОДУЛЯЦИИ......................................91

3.1. Некогерентный прием сигналов на длительности одного символа.......................................................................................................91

3.2. Некогерентный прием сигналов на длительности

нескольких символов................................................................................103

Стр.

3.3. Имитационная модель некогерентного приема сигналов на длительности одного символа.................................................................105

3.4. Имитационная модель некогерентного приема сигналов на длительности нескольких символов.......................................................110

3.5. Сравнение когерентной и некогерентной обработки МНФ сигналов и рекомендации к выбору метода приема..............................112

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ

И УСТРАНЕНИЯ РАССОГЛАСОВАНИЯ В ИНДЕКСЕ

МОДУЛЯЦИИ.....................................................................................................115

4.1. Способы устранения влияния рассогласования в индексе модуляции на помехоустойчивость СПИ...............................................115

4.2. Обзор методов оценки индекса модуляции МНФ сигналов..........118

4.3. Обобщение и исследование известных методов оценки

индекса модуляции МНФ сигналов........................................................130

4.4. Разработка метода оценки рассогласования в индексе модуляции на основе приближенного решения уравнения правдоподобия..........................................................................................138

4.5. Сравнительный анализ методов оценки индекса модуляции

и рекомендации к их использованию.....................................................167

ВЫВОДЫ............................................................................................................171

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................174

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................................182

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

AM — амплитудная модуляция

АЦП — аналогово-цифровой преобразователь

ГУН — генератор, управляемый напряжением

ДН — диаграмма направленности

KAM — квадратурная амплитудная модуляция

КВЧ — крайне высокие частоты

КНД — коэффициент направленного действия

МНФ — модуляция с непрерывной фазой

МПРЛС — многопозиционная радиолокационная станция

МСЭ — международный союз электросвязи

ПЛИС — программируемые логические интегральные схемы

ППМ — приемо-передающий модуль

РЛИ — радиолокационная информация

РЛС — радиолокационная станция

СКО — среднеквадратическое отклонение

СПИ — система передачи информации

СПМ — спектральная плотность мощности

ФМ — фазовая модуляция

ФНЧ — фильтр нижних частот

ЦМ — центральный модуль

4M — частотная модуляция

ЧМНФ — частотная модуляция с непрерывной фазой

ВВЕДЕНИЕ

Современные радиолокационные станции (РЛС) широко применяются для решения различных задач. Исходя из целей, которые ставятся перед РЛС, выбирают тот или иной вариант построения системы". Однако в целом общий облик РЛС, как правило, остается неизменным: обычно выбирается совмещенная схема, в которой передающая часть совмещена с приемной. Такой вариант построения имеет много достоинств, наиболее значимым из которых является хорошая проработка типовых технических решений и алгоритмов обработки сигнала [1-5]. Однако, вместе с тем, такая схема построения системы имеет и ряд существенных недостатков, главным из которых является низкая живучесть.

Устранить данный недостаток позволяет применение многопозиционных РЛС (МПРЛС) [6-9]. Одним из важнейших элементов МПРЛС является система передачи информации (СПИ), объединяющая отдельные модули РЛС в единую информационно-измерительную систему. Для решения задачи передачи данных в МПРЛС целесообразно использовать диапазон крайне высоких частот КВЧ (30-300 ГГц), в частности, полосу частот вблизи 60 ГГц. В указанной полосе наблюдается сильное ослабление сигнала, обусловленное затуханием в атмосфере. Для систем передачи информации на небольшие расстояния данное обстоятельство позволяет повысить скрытность СПИ, а также ее защищенность от активных помех. Среди других достоинств данного диапазона [10-12] - широкая доступная полоса частот и возможность использования антенн с высоким коэффициентом направленного действия (КНД).

Однако при использовании диапазона 60 ГГц возникает ряд трудностей, наиболее существенными из которых являются малая достижимая мощность

современных передающих устройств и нестабильность приемных и передающих устройств.

Сложность, связанная с низким уровнем мощности, частично может быть преодолена рациональным выбором методов кодирования и модуляции [13-21]. Выбор кода ограничивается вычислительной мощностью аппаратуры и допустимой задержкой в передаче данных. Подходящим типом модуляции является модуляция с непрерывной фазой (МНФ) [13,14,22-29]. Сигналы МНФ характеризуются высокой спектральной и энергетической эффективностью.

Исследованию свойств МНФ сигналов, методам их приема и оценке помехоустойчивости СПИ посвящено много работ. Значительный вклад в эту область внесли труды Крохина В.В., Аджемова С.С., Парамонова A.A., Емельянова П.Б., Куликова В.Г., De Buda R., Bianchi R., Osborne W.R, Luntz M.B., Anderson J.B., Aulin T., Sundberg С. E.-W. и др.

Активное исследование МНФ сигналов, начатое в 1970-х годах, продолжается до настоящего времени. К последним достижениям в этой области относятся синтез алгоритмов демодуляции в условиях различного вида помех [30], разработка методов приема МНФ сигналов с искусственным расширением их спектральной плотности мощности [31], исследование свойств МНФ сигналов с циклически изменяющимся индексом модуляции и разработка методов приема подобных сигналов [32], разработка алгоритмов демодуляции МНФ сигналов на современной цифровой элементной базе, включая ПЛИС [33].

Влияние нестабильности приемных и передающих устройств диапазона 60 ГГц может быть снижено применением специальных алгоритмов обработки сигнала и технических решений. Факторами, ухудшающими работу системы передачи информации с МНФ, которые возникают из-за указанной нестабильности, являются фазовые шумы генераторов,

погрешности в работе систем кадровой, частотной, фазовой и тактовой синхронизации, а также ошибки в индексе модуляции.

Влияние фазовых шумов и ошибок систем синхронизации может быть учтено известными методами [34]. Несмотря на отмечаемую в ряде работ важность точного согласования индексов модуляции на приемной и передающей сторонах СПИ с МНФ сигналами [24,33,35] (особенно при когерентном приеме), вопрос влияния ошибок в индексе модуляции на помехоустойчивость системы передачи информации практически не исследован. Рассмотрение данного вопроса в литературе ограничивается лишь имитационным моделированием или экспериментальными исследованиями [33,35]. Кроме того, в имеющейся литературе недостаточно полно проработаны методы оценки и устранения рассогласования в индексе модуляции [33,35-43].

Целью диссертационной работы является исследование помехоустойчивости системы передачи информации диапазона 60 ГГц с МНФ сигналами для МПРЛС при наличии рассогласования в индексе модуляции, а также разработка методов устранения этого рассогласования путем оценки индекса модуляции в приемнике с последующей его коррекцией на передающей стороне.

Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:

• определение требований к системам передачи информации МПРЛС и обоснование выбранных технических решений;

• обоснование выбора МНФ сигналов для передачи информации в МПРЛС, исследование характеристик и выбор параметров МНФ сигналов;

• исследование помехоустойчивости систем передачи информации с МНФ сигналами для МПРЛС в случае когерентного приема при наличии рассогласования в индексе модуляции;

• исследование помехоустойчивости систем передачи информации с МНФ сигналами для МПРЛС в случае некогерентного приема при наличии рассогласования в индексе модуляции;

• разработка и исследование метода оценки рассогласования в индексе модуляции на основе приближенного решения уравнения правдоподобия.

Решение поставленных в диссертационной работе задач осуществляется с использованием методов статистической радиотехники, теории оптимального приема сигналов, теоретических основ радиолокации, математического и имитационного моделирования.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач исследования, применением современных методов исследования, современных пакетов программ для математических расчетов и моделирования, согласованностью результатов теоретических оценок и моделирования.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими основными результатами:

- исследованы характеристики МНФ сигналов при различных значениях параметров модуляции, даны рекомендации к выбору параметров модуляции;

- исследована помехоустойчивость систем передачи информации для МПРЛС с МНФ сигналами в случае когерентного приема при наличии рассогласования в индексе модуляции;

- исследована помехоустойчивость систем передачи информации для МПРЛС с МНФ сигналами в случае некогерентного приема при наличии рассогласования в индексе модуляции;

- разработан новый алгоритм оценки рассогласования в индексе

модуляции на основе приближенного решения уравнения правдоподобия, исследованы его точностные характеристики.

Практическая значимость работы заключается в результатах исследования спектральных и энергетических характеристик МНФ сигналов со сглаживанием; в результатах оценки помехоустойчивости системы передачи информации с МНФ сигналами при наличии рассогласования в индексе модуляции для случаев когерентного и некогерентного методов приема; в разработанных и реализованных в среде Ма1:1аЬ/81тиНпк имитационных моделях, позволяющих получать характеристики СПИ при обработке сигналов на длительности одного и нескольких символьных интервалов; в новом алгоритме оценки индекса модуляции и его программной реализации.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5-ти научных конференциях. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 6 научных статей, изданных в журналах из перечня ВАК, и 5 тезисов докладов на конференциях.

Результаты диссертационной работы использованы в НИР, проводимых в НИИ радиоэлектронной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также используются в учебном процессе на кафедре радиоэлектронных систем и устройств МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, 4-х приложений, списка литературы из 90 наименований. Диссертация изложена на 198 страницах, содержит 67 рисунков, 2 таблицы и 293 формулы.

В первой главе рассмотрена общая структура МПРЛС, описаны ее достоинства и недостатки, отмечено значение СПИ и ее место в общей структуре МПРЛС, указаны требования, которые предъявляются к СПИ,

обоснован выбор диапазона частот для системы передачи информации и вид модуляции, рассмотрены характеристики МНФ сигналов, исследованы спектральные и энергетические характеристики, проведен сравнительный анализ, даны рекомендации к выбору параметров МНФ сигналов.

Во второй главе исследовано влияние рассогласования в индексе модуляции МНФ сигналов на приемной и передающей сторонах на помехоустойчивость СПИ в случае когерентного приема, дана оценка помехоустойчивости СПИ при различных индексах модуляции и параметрах сглаживающего фильтра при обработке сигналов на длительности одного и нескольких сигнальных интервалов, описаны разработанные имитационные модели, представлены результаты моделирования и их сравнение с теоретическими.

В третьей главе рассмотрено влияние рассогласования в индексе модуляции на приемной и передающей сторонах на помехоустойчивость СПИ в случае некогерентного приема, дана оценка помехоустойчивости СПИ при различных индексах модуляции при обработке сигналов на длительности одного и нескольких сигнальных интервалов, описаны имитационные модели, представлены результаты моделирования и дано их сравнение с теоретическими.

В четвертой главе диссертации проведен анализ методов устранения рассогласования в индексе модуляции, дан обзор известных методов оценки индекса модуляции, предложен ряд модификаций этих методов, позволяющих повысить их точность, исследованы их характеристики, разработан новый метод оценки индекса модуляции на основе приближенного решения уравнения правдоподобия, исследованы его точностные характеристики, представлены результаты имитационного моделирования, даны рекомендации к выбору метода оценки рассогласования

в индексе модуляции.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы. В приложениях приведено подробное описание разработанных имитационных моделей.

По результатам выполнения диссертационной работы на защиту выносятся:

1. результаты исследования спектральных и энергетических характеристик МНФ сигналов со сглаживанием;

2. результаты оценки помехоустойчивости когерентных методов приема МНФ сигналов на длительности одного и нескольких символьных интервалов при наличии рассогласования в индексе модуляции;

3. результаты оценки помехоустойчивости некогерентных методов приема МНФ сигналов на длительности одного и нескольких символьных интервалов при наличии рассогласования в индексе модуляции;

4. разработанный алгоритм оценки рассогласования в индексе модуляции и его точностные характеристики;

5. разработанные имитационные модели СПИ в средах МайаЬ и 81шиИпк;

6. результаты расчета и моделирования.

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ

1.1. Структура многопозиционной радиолокационной станции

В последнее время большое внимание специалистов в области радиолокации привлекают многопозиционные радиолокационные станции (МПРЛС). Такие системы отличаются от традиционных совмещенных радиолокационных станций (РЛС) наличием нескольких приемных и передающих позиций, распределенных в пространстве. В современной научной литературе сложилось разделение всех практически значимых конструкций МПРЛС на два больших класса: распределенные РЛС (statistical MIMO radars) и МПРЛС с близко расположенными антеннами и кодированными сигналами (MIMO radars with colocated antennas and coded signals) [8]. В МПРЛС первой группы производится некогерентное сложение сигналов, принятых отдельными приемными позициями, в результате чего происходит сглаживание флуктуаций сигнала, отраженного от цели. Наиболее перспективным специалисты в области многопозиционной радиолокации считают второй класс РЛС, в которых сигналы, излучаемые различными передающими позициями, ортогональны [8,9]. Ортогональность излучаемых сигналов позволяет производить на приемных позициях разделение сигналов, излученных каждой передающей позицией, что значительно упрощает обработку данных.

Для работы МПРЛС с близко расположенными антеннами необходимо обеспечить пространственную когерентность принимаемого сигнала. Для этого достаточно, чтобы цель находилась в дальней зоне антенной системы

МПРЛС, а сама МПРЛС располагалас