автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Повышение качественных показателей и вычислительной эффективности алгоритмов синтеза и обработки фазо- и частотно-манипулированных сигналов в радиотехнических системах

На правах рукописи

Поспелов Антон Викторович

Ж

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛГОРИТМОВ СИНТЕЗА И ОБРАБОТКИ ФАЗО- И ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рязанской государственной радиотехнической академии

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Кириллов Сергей Николаевич.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ямпурин Николай Петрович;

- кандидат технических наук, доцент Федоров Владимир Александрович.

Ведущая организация- ОАО Корпорация «Фазотрон - НИИР», г. Москва.

Защита состоится 29 июня 2004 г. в 13°° на заседании диссертационного совета Д 212.211.04 в ГОУВПО Рязанской государственной радиотехнической академии по адресу 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, д. 59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУВПО РГРТА.

Автореферат разослан « 1 7 » ДДЛ._2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доцент, канд. техн. наук

В.И. Жулев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. Синтез сигналов является важным этапом проектирования радиотехнических систем (РТС), поскольку их основные технико-экономические показатели зависят от свойств синтезировании сигналов. Для того чтобы алгоритм обработки сигналов обеспечивал высокую точность оценки параметров, устойчивость к различным видам искажений и быстродействие, синтез сигнала и разработка этого алгоритма должны производиться совместно. Реализовать возможности конкретного вида сложных дискретных сигналов можно при синтезе кодовой последовательности по нескольким показателям качества и оптимизации параметров элементарный импульсов и огибающей сигнала, исходя из заданный требований к РТС. Алгоритмы синтеза сигналов должны иметь высокую скорость вычислений и обеспечивать высокие показатели качества сигналов: минимальный уровень боковык лепестков (УБЛ) автокорреляционной функции (АКФ), равномерный амплитудно-частотный спектр, малые потери на рассогласование при весовой фильтрации, низкий пик-фактор и др. Существенный вклад в развитие теории сложных сигналов внесли как отечественные, так и зарубежные ученые: Ф. Вудворд, Я.Д. Ширман, Ю.С. Лезин, Д.Е. Вакман, И.Н. Амиантов, Ч. Кук, М. Бернфельд, Л. Френке, Л.Е. Варакин, P.M. Седлецкий, В.Б. Пестряков, Н.И. Смирнов, М.Б. Свердлик, В.Е. Гантмахер, В. П. Ипатов и др.

Наибольшее распространение в радиолокации получили сигналы с бинарной фазовой манипуляцией (ФМн-2), главным достоинством который является простота формирования и обработки, а недостатком - низкая скорость спада уровня вне-полосного излучения. Более высокой скоростью спада уровня внеполосного излучения, чем ФМн-2 сигналы, обладают сигналы с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ). В настоящее время не существует регулярного метода синтеза кодовых последовательностей для ФМн-2 и МЧМ сигналов, обеспечивающих минимальный УБЛ АКФ и заданную форму спектральной плотности мощности (СПМ). Наилучшую форму апериодической АКФ имеют последовательности Баркера. Длина известный кодовый последовательностей Баркера не превышает 13 элементов. Используя специальные свойства симметрии последовательностей и матриц, описывающих их АКФ, можно значительно сократить число перебираемых вариантов и получить алгоритм ускоренного синтеза кодовых последовательностей. В связи с этим актуальной является задача синтеза кодовых последовательностей больших длин, обладающих специальным свойством симметрии и заданными спектральными и корреляционными характеристиками.

Для повышения эффективности сигналов с фазовой и частотной манипуляцией можно применять весовую обработку, а также оптимизацию форм элементарных импульсов и огибающей. Как известно, при согласованном приеме слож-нык дискретнык сигналов УБЛ составляет 10...20 дБ. В радиолокации при наличии нескольких объектов с широким диапазоном эффективной площади рассеяния такие боковые лепестки создают высокий уровень помех, который снижает тактико-технические показатели радиолокационнойвесовую

i станции (PJIC). Используя

1 I *0С- "ЛЦИОНМЪНАя"] I «мблиогека /

фильтрацию, можно уменьшить УБЛ сигналов за счет незначительного увеличения потерь в отношении сигнал-шум и снижения разрешающей способности. Для того чтобы обеспечить близкие к оптимальным характеристики сигналов, синтез кодовых последовательностей и весовых фильтров можно производить совместно. Актуальным является вопрос синтеза весовых фильтров для таких частотно-манипулированных сигналов, как сигналы с МЧМ и линейной частотной манипуляцией (ЛЧМн). Известные нерекурсивные весовые фильтры для ФМн-2 сигналов не позволяют полностью подавить боковые лепестки. В некоторых случаях, при определенной структуре кодовых последовательностей и использовании фильтров с бесконечной импульсной характеристикой, возможно полное подавление боковых лепестков. Данное обстоятельство показывает актуальность разработки процедуры формирования кодовых последовательностей, обеспечивающих полное подавление боковых лепестков при рекурсивной весовой фильтрации.

В перспективных системах передачи информации (СПИ) широко применяются сигналы с офсетной квадратурной фазовой манипуляцией (ОФМн-4), свойства которых зависят от формы элементарного импульса. ОФМн-4 сигналы с известными элементарными импульсами занимают узкую полосу частот, но имеют большую неравномерность огибающей. Поэтому вызывает определенный интерес задача синтеза элементарного импульса, обеспечивающего снижение пик-фактора при заданных спектральных и корреляционных характеристиках сигнала.

Свойства апериодических сигналов с частотной манипуляцией зависят от формы огибающей. При использовании прямоугольной формы огибающей асимптотическая скорость спада боковых лепестков СПМ оказывается крайне мала: -20 дБ / дек, что связано с разрывом огибающей. Полосовая фильтрация позволяет подавить эти боковые лепестки, однако при этом возникает паразитная амплитудная модуляция сигнала. В связи с этим возникает необходимость поиска формы огибающей, обеспечивающей высокую скорость спада боковых лепестков СПМ, для таких частотно-манипулированных сигналов, как сигналы с МЧМ и гауссовой минимальной частотной манипуляцией (ГМЧМ).

При практической реализации на характеристики дискретных сигналов оказывают влияние различные виды искажений в радиотракте, которые приводят к увеличению УБЛ АКФ и СПМ, а также к потерям в отношении сигнал-шум из-за рассогласования сигнала и передаточной функции фильтра. Поэтому актуальной является задача учета и анализа влияния таких искажений на корреляционные характеристики и формы огибающей ФМн-2 и МЧМ сигналов.

Сложность и себестоимость РТС непосредственно зависят от вычислительной эффективности алгоритмов цифровой обработки сигналов. Полифазное представление цифровых фильтров и многоскоростная фильтрация являются эффективными средствами увеличения производительности программируемого процессора сигналов (ППС). Вышеуказанное показывает актуальность разработки процедуры когерентной обработки сложных МЧМ и ФМн-2 сигналов с использованием полифазных многоскоростных фильтров.

В настоящее время для оценки расхода газа в трубопроводе широко применяются ультразвуковые измерители скорости газа. Измерение осуществляется по

разнице задержек акустических сигналов, излученных вдоль трубы в прямом и обратном направлениях. Сигнал в газе распространяется по нескольким трассам при низком отношении сигнал-шум и подвергается искажениям, которые зависят от типа зондирующего сигнала. При практической реализации ультразвуковых измерителей скорости газа следует учитывать ограничение на пиковую мощность излучаемого сигнала, которое связано с требованием к взрывобезопасности. Исследование возможности практического использования сложных сигналов в ультразвуковых измерителях скорости газа можно осуществить с помощью имитационного моделирования. В диссертационной работе проведено имитационное моделирование процесса измерения задержки сигнала в ультразвуковых измерителях скорости газа с использованием синтезированных ФМн-2 и МЧМ сигналов.

Таким образом, тема диссертационной работы, посвященная разработке эффективных процедур синтеза и алгоритмов обработки фазо- и частотно-манипулированных сигналов с заданными спектральными и корреляционными свойствами, является актуальной.

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы является разработка эффективных процедур синтеза и алгоритмов обработки сигналов с фазовой и частотной манипуляцией, обеспечивающих повышение спектральных и корреляционных характеристик, что включает в себя решение следующих задач:

- разработка эффективных процедур синтеза сигналов с ФМн-2 и МЧМ, обладающих специальным свойством симметрии, имеющих низкий уровень боковых выбросов АКФ и равномерный амплитудно-частотный спектр;

- разработка процедуры совместного синтеза кодовых последовательностей и коэффициентов весовых фильтров сжатия ФМн-2 и МЧМ сигналов;

- разработка процедуры синтеза по нескольким показателям качества элементарного импульса для ОФМн-4 сигналов;

- оптимизация формы огибающей для апериодических МЧМ и ГМЧМ сигналов;

- оценка влияния искажений в канале передачи информации на характеристики ФМн-2 и МЧМ сигналов;

- разработка эффективной по вычислительным затратам полифазной реализации цифровой когерентной обработки сигналов с МЧМ и ФМи-2;

- исследование возможности использования синтезированных ФМн-2 и МЧМ сигналов в цифровых устройствах измерения задержки сигнала для ультразвуковых измерителей скорости газа.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1. Предложен алгоритм синтеза кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии, который обеспечивает низкий уровень боковых выбросов разреженной АКФ, равномерный амплитудно-частотный спектр и малые потери на рассогласование при весовой обработке.

2. Показана целесообразность использования синтезированных кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии для ФМн-2 и МЧМ сигналов.

3. Предложено оптимизировать минимаксные кодовые последовательности для ФМн-2 сигналов методом покоординатного спуска по комбинированному критерию приближения, учитывающему уровень и дисперсию боковых выбросов АКФ кодовых последовательностей.

4. Предложено использовать оптимизацию кодовых последовательностей для ФМн-2 сигналов по двум последовательно применяемым целевым функциям с целью уменьшения уровня боковых выбросов АКФ.

5. Разработана процедура синтеза апериодических МЧМ сигналов на основе предварительного синтеза ФМн-2 сигналов с заданными корреляционными и спектральными свойствами, в том числе с минимальной концентрацией энергии в определенной полосе частот, на которой расположена узкополосная помеха.

6. Предложена процедура многокритериального синтеза формы элементарного импульса для ОФМн-4 сигналов, обеспечивающая наименьшую взвешенную сумму эффективной ширины спектра и пик-фактора при заданном УБЛ СПМ.

7. Предложен алгоритм многокритериального синтеза коэффициентов весового фильтра сжатия ЛЧМн сигналов, обеспечивающих заданные показатели разрешающей способности, точности и неоднозначности оценки задержки сигнала.

8. Показана целесообразность совместного синтеза кодовой последовательности и коэффициентов весового фильтра сжатия для МЧМ сигналов, обеспечивающего малые потери в отношении сигнал-шум и низкий уровень боковых лепестков при весовой обработке.

9. Разработана процедура формирования составных кодовых последовательностей на основе трехэлементных последовательностей, обеспечивающих полное подавление боковых лепестков на выходе весового рекурсивного фильтра.

10. Оптимизирована форма огибающей для ГМЧМ сигналов, обеспечивающая высокую скорость спада внеполосного излучения.

11. Разработана процедура полифазной цифровой когерентной обработки ФМн-2 и МЧМ сигналов, позволяющая значительно сократить вычислительные затраты.

12. Показана целесообразность использования синтезированных МЧМ сигналов с кодовыми последовательностями, обладающими специальным свойством симметрии, с целью увеличения в 1,5.-2 раза точности измерения задержки в ультразвуковых измерителях скорости газа по сравнению с ФМн-2 сигналами.

Практическая значимость диссертационной работы

Полученные в диссертационной работе процедуры синтеза и алгоритмы обработки апериодических сложных дискретных сигналов с улучшенными спектрально-корреляционными свойствами могут быть использованы при проектировании РЛС и СПИ, в радионавигационных системах, а также в ультразвуковых измерителях скорости газа. Результаты диссертационной работы внедрены в научные разработки новых ультразвуковых систем измерения расхода газа в ОАО «Теплоприбор», а также в учебный процесс Рязанской государственной радиотехнической академии, что подтверждено соответствующими актами.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту 1 .Алгоритм ускоренного синтеза кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии, для систем ФМн-2 и МЧМ сигналов с мини-

мальным уровнем боковых лепестков и разреженной автокорреляционной функцией, обеспечивающих в среднем на 3,7 дБ меньшие потери на весовую обработку, чем М-последовательности.

2. Процедура синтеза МЧМ сигналов с заданными корреляционными и спектральными свойствами на основе предварительного синтеза ФМн-2 сигналов, обеспечивающая снижение вычислительных затрат.

3. Процедура формирования составных кодовых последовательностей для ФМн-2 сигналов на основе трехэлементных последовательностей, обеспечивающих полное подавление боковых лепестков при рекурсивной весовой обработке.

4. Процедура синтеза по нескольким показателям качества форм элементарных импульсов для ОФМн-4 сигналов, обеспечивающих при отсутствии межсимвольных помех снижение пик-фактора на 7... 10 % и уменьшение внеполосного излучения на 15...25 дБ по сравнению с известными формами элементарных импульсов.

Методы проведения исследований. В работе использовались методы статистической радиотехники и математической статистики, вариационного исчисления и вычислительной математики. Перечисленные теоретические методы сочетались с методами имитационного моделирования.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Пятой ежегодной МНТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 1999), МНТК «Телекоммуникационные и вычислительные системы» (Москва, 1999), ВНТК студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2000" (Москва, 2000), ВНТК студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании" (Рязань, 2000), The 3rd International Conférence and exhibition «Digital Signal Processing and its Application» (Moscow, 2000), BHTK «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 2001), МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань, 2001), ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 2002), МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань, 2002), ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ. Из них 3 статьи в центральной печати, 1 учебное пособие, 3 статьи в межвузовских сборниках, 2 статьи в Вестнике Рязанской государственной радиотехнической академии и 10 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка из 148-и наименований и 8 приложений. Общий объем диссертационной работы вместе с приложениями составляет 243 страницы. Диссертация без приложений содержит 187 страниц, в том числе 144 страницы основного текста, 17 таблиц и 83 рисунка. Объем приложений составляет 56 страниц.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

В настоящей работе нашли отражение вопросы разработки эффективных процедур синтеза сигналов с фазовой и частотной манипуляцией, обеспечивающих повышение спектральных и корреляционных характеристик.

Во введении представлены актуальность темы диссертации, цель и задачи диссертации, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации рассмотрен вопрос синтеза кодовых последовательностей для ФМн-2 и МЧМ сигналов по нескольким показателям качества. Предложены алгоритм синтеза кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии, и двухэтапная процедура синтеза минимаксных кодовых последовательностей с улучшенными характеристиками. Проведен синтез МЧМ сигналов с прямоугольной и гладкой формой огибающей.

Рассмотрены кодовые последовательности, которые представляют собой композицию по правилу чередования двух последовательностей. Операции композиции дополнительных последовательностей по правилу чередования и присоединения рассмотрены в работах Л.Е. Варакина. В диссертационной работе предложено использовать композицию двух последовательностей, в которой первая имеет нечетную длину и симметрична, а вторая — четную длину и антисимметрична. Полученные в результате такой композиции кодовые последовательности обладают специальным свойством симметрии:

{aQ,alta2,a3.....-а3,а2,-aj,а0} или {ай,ах,а2,аъ,...,аъ>-а2,ах,-a0}- (1)

Аналогичное свойство симметрии (pairwise-shift symmetry) применяется для синтеза банков фильтров. С.Н. Кирилловым было предложено исследовать сигналы, которые обладают подобными свойствами. В диссертации проанализированы спектральные и корреляционные свойства ФМн-2 сигналов с последовательностями, обладающими специальным свойством симметрии.

Для описания и расчета АКФ кодовых последовательностей часто используется аппарат алгебры матриц. Квадратные матрицы, описывающие АКФ кодовых последовательностей. рассмотрены в работах Л.Е. Варакина. В диссертации показано, что матрицы [ao,ai,...]T х [ао,а[,...], описывающие АКФ кодовых последовательностей {а,} нечетной длины N, обладающих специальным свойством симметрии:

также обладают специальным свойством симметрии. В такой матрице происходит чередование симметричных и антисимметричных боковых диагоналей, в результате которого АКФ рассматриваемых кодовых последовательностей является разреженной:

R = {Nfi,rz,Q,r4,0.....}, (3)

т.е. в АКФ ненулевые элементы чередуются с нулевыми. Использование специальных свойств симметрии последовательностей и их матриц позволило значи-

тельно сократить перебор элементов и ускорить расчет АКФ с минимальным уровнем боковых выбросов (УБВ) в 4 раза. В работах И. Н. Амиантова описан алгоритм синтеза кодовых последовательностей с минимальным уровнем боковых выбросов АКФ min у r . В диссертационной работе предложена модификация этого алгоритма, предназначенная для синтеза кодовых последовательностей, которые обладают специальным свойством симметрии и разреженной АКФ. Как следует из табл. 1, уровень боковых выбросов АКФ у r для синтезированных последовательностей нечетных длин N меньше, чем у известных минимаксных последовательностей1: y'jf. В столбце Ns приведено количество всех синтезированных (существующих) последовательностей заданной длины N.

Таблица 1. Нормированный УБВ АКФ

N УЯ Ns и УЛ N У R Ns А* » У/г N У R Ns У'к ' N У R Ns It YR

49 5 83 - -57 5 32 . 65 5 9 - '73 5 1 6

51 5 86 ■ 59 5 21 5 67 5 8 5 75 5 1 -

53 5 67 5 61 5 15 5 69 5 3 - 79 5 1 6

55 5 41 5 - 63 5 7 6 71 5 9 5 83 5 1 6

Предельные потери в отношении сигнал-шум при весовой обработке для синтезированных последовательностей: = 1,6 дБ на 3,7 дБ меньше, чем для

М-последовательностей (М-П): ро = 5,37 дБ. Это объясняется тем, что АКФ синтезированных последовательностей разрежена, а амплитудно-частотный спектр не имеет глубоких провалов и выбросов. Синтезированные кодовые последовательности длиной 63,73,79 и 83 имеют на 20 % меньший УБВ по сравнению с известными кодовыми последовательностями.

В настоящее время не существует регулярного метода синтеза кодовых последовательностей длин больших, N>100, с заданными корреляционными свойствами. В работах Д.Е. Вакмана, P.M. Седлецкого для синтеза кодовых последовательностей применяется метод покоординатного спуска по минимаксному

квадратическому и среднестепенному

А = argminM3(R),где M3(R)= Щг* (4)

критериям приближения. При этом показана целесообразность использования среднестепенного критерия. В работах С.Н. Кириллова для того, чтобы учесть различные показатели качества сигналов, применяется многокритериальная оптимизация. В диссертации предложен комбинированный критерий:

А = argmin Л/4(R), где M4(R) = (l-aj)yд ч-сцс^ и 0<а]<1, (5)

1 Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Ралио и связь, 1985. 383 с.

7

который при тех же характеристиках синтезируемых кодовых последовательностей позволяет более чем в 1,5 раза ускорить синтез по сравнению с синтезом по среднестепенному критерию (4). Дополнительное улучшение характеристик кодовых последовательностей достигается при использовании двухэтапной процедуры синтеза. На первом этапе осуществляется оптимизация последовательности начального приближения по среднестепенному критерию приближения (4). На втором этапе полученная последовательность оптимизируется по предлагаемому комбинированному критерию (5). Как показали расчеты, УБВ АКФ у д для кодовых последовательностей, синтезированных с помощью двухэтапной процедуры, на 7 % ниже, чем для известных кодовых последовательностей длиной от 253 до 2047 элементов. Из анализа табл. 2 следует, что у синтезированных двухэтап-ным методом последовательностей УБВ АКФ на 10 % ниже, чем у М-П. Наименьшие потери на рассогласование 2,3 дБ при весовой фильтрации имеют обладающие специальным свойством симметрии последовательности (2), оптимизированные по предлагаемому критерию Л/5(я) = ро (последние строка и столбец табл. 3).

Таблица 2. Нормированный УБВ АКФ у д

Тип последовательностей начального приближения До оптимизации А/[ М2 Л/3 Л/4 Л/ з и Л/4

Псевдослучайные 2,41 1,24 1,14 0,99 0,94 0,9

М-П 1,05 1,01 1,11 0,95 0,93 0,89

Обладающие спец. свойствами симм. (2) 3.19 1.80 1.51 1.34 1.32 1.23

Таблица 3. Предельное значение потерь в отношении сигнал-шум р^, дБ

Тип последовательностей начального приближения . До оптимизации М2 А/3 М4 Л/3 и Л/4 м5

Псевдослучайные 7,7 5.9 4.0 4,3 5,0 4,3 2,7

М-П 5,4 5,0 3,9 4,3 4,6 4,3 2,6

Облад. спец. св. симм. (2) 7.0 5.0 3.5 3.9 4.0 4.0 2.3

В работах В.П. Ипатова проведен анализ корреляционных свойств периодических МЧМ сигналов. Непосредственный синтез кодовых последовательностей для апериодических МЧМ сигналов с прямоугольной огибающей сопряжен со значительными вычислительными затратами, связанными с тем, что изменение одного символа в последовательности , задающей манипуляцию несущей частоты, приводит к резкому изменению формы АКФ и соответственно целевой функции. С другой стороны, изменение одного элемента последовательности {а,},, задающей начальную фазу каждой элементарной посылки, не приводит к такому сильному изменению целевой функции и позволяет проводить коррекцию. При этом комплексная огибающая МЧМ сигнала с прямоугольной огибающей представляет собой последовательность элементарных импульсов следующих через тактовый интервал Т:

Ы-1 /=0

где «о(г) = соб(0,5я/ / Г) ехр./я/ / (2Г) при |/| < Т и «х(/) = О при |?] > Г; М] (/) = «о (/) при / < О и г<1 (/) = О при / > О. В диссертации предложена процедура

синтеза кодовых последовательностей МЧМ сигналов с прямоугольной огибающей, состоящая из следующих шагов: 1) формируется кодовая последовательность {а/}; 2) оптимизируется кодовая последовательность ФМн-2 сигнала {о,-} по комбинированному критерию приближения, учитывающему спектральные и корреляционные свойства ФМн-2 сигнала; 3) формируется кодовая последовательность МЧМ сигнала путем добавления случайного символа к {а,-}; 4) оптимизируется полученная кодовая последовательность по комбинированному критерию

приближения, учитывающему спектральные и корреляционные свойства МЧМ сигнала; 5) определяется кодовая последовательность , задающая манипуляцию несущей частоты. Данная процедура позволяет получить дополнительное подавление узкополосной помехи на 12...14 дБ. Такие параметры синтезированных МЧМ сигналов, как УБЛ АКФ и дисперсия выбросов энергетического спектра, незначительно отличаются от параметров исходных ФМн-2 сигналов.

Более высокой скоростью спада внеполосного излучения -40 дБ/дек обладают предлагаемые МЧМ сигналы с гладкой формой огибающей:

N-1

/=0

где

, элементарный импульс ит(/) = со^О^я/ / Т) при < Т и мт(/) = 0

при |/| > Т. Показано, что спектр таких сигналов представляет собой произведение

смещенного на 0,25 / Г спектра кодовой последовательности и спектра элементарного импульса. При использовании кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии (2), для ФМн-2 и МЧМ сигналов наблюдается равный уровень боковых лепестков АКФ. Проведен двухэтапный синтез кодовых последовательностей по среднестепенному и комбинированному критериям для МЧМ сигналов с гладкой формой огибающей. Показано, что такой синтез обеспечивает на 12 % меньшее среднее значение УБЛ АКФ, чем МЧМ сигналы на основе М-П. Проанализированы свойства тела неопределенности ФМн-2 и МЧМ сигналов с синтезированными кодовыми последовательностями.

Во второй главе, посвященной повышению эффективности устройств обработки фазо- и частотно-манипулированных сигналов, рассмотрены вопросы синтеза коэффициентов весовых фильтров сжатия и формы элементарных импульсов для различных видов фазо- и частотно-манипулированных сигналов, а также вопросы оптимизации формы огибающей ГМЧМ сигналов.

Проанализирована возможность совместного синтеза кодовой последовательности и коэффициентов весового фильтра сжатия для МЧМ сигналов, в инте-

рссах получения низкого УБЛ при малых потерях на весовую обработку. Показано, что при совместном синтезе кодовой последовательности и коэффициентов фильтра по общему критерию

Л/6(А,С) = а2уг/*' + (1-а2)р2/к", (8)

где а 2 е[0;1]- параметр, С - последовательность коэффициентов весового фильтра, у г - УБЛ, р - потери в отношении сигнал-шум, к' и к" - нормировочные коэффициенты, обеспечивается на 5...7 дБ меньший УБЛ и на 1...1.5 дБ меньшие потери на рассогласование, чем при раздельном синтезе.

Для того чтобы получить с помощью нерекурсивных весовых фильтров УБЛ менее -40 дБ, количество коэффициентов должно в 3...5 раз превышать число элементов в кодовой последовательности, что приводит к росту удельного объема вычислений по сравнению с согласованной обработкой. При использовании рекурсивной весовой фильтрации можно снизить вычислительные затраты. Предложена процедура формирования составных кодовых последовательностей для ФМн-2 сигналов, обеспечивающих полное подавление боковых лепестков при рекурсивной весовой обработке. В этой процедуре на основе J трехэлементных последовательностей А,- вида {1,1,-1} и {-1,1,1} рекуррентно формируется кодовая

последовательность А длиной N = :

А = .....^Аз.А!]...]]], (9)

где 1,1,1}, {1,1,-1}]= {-1,-1,1,1,1,-1,1,1,-1}- операция образования составной кодовой последовательности. Первая трехэлементная последовательность А1 используется как несущая, а остальные - как модулирующие. Кодовые последовательности (9) обладают специальным свойством симметрии (2) и разреженной АКФ (3). Для полного подавления единственного бокового лепестка АКФ Я = {3,0,-1}трехэлементных последовательностей {1,1,-1}, {-1,1,1} предлагается использовать рекурсивные каузальный и антикаузальный фильтры с передаточными функциями:

У1(7) = з/(1-2,г-2) И = (Ю)

где г! =(3-л/5)/2, У(г) = Г1(г)У2(г) = 3/^-2~2 + 3 - г21. Подобные рекурсивные

фильтры применяются при быстрой кубической сплайн-интерполяции. Передаточная функция рекурсивного весового фильтра для составной последовательности (9) представляет собой произведение передаточных характеристик последовательно включенных весовых фильтров:

У^У^3)...^"0). (11)

Предлагаемый рекурсивный фильтр (11) позволяет полностью подавить боковые выбросы АКФ при потерях на рассогласование: 1,48/-ОД дБ.

Другим видом частотно-манипулированных сигналов являются сигналы с ЛЧМн, которые широко применяются в РЛС для формирования двумерных радиолокационных изображений и обнаружения находящихся в грунте неметаллических

предметов. При заданном количестве элементов N максимальной базой В«Л^ обладают ЛЧМн сигналы, у которых единичный сдвиг частоты равен обратной величине от длительности тактового интервала Т. Применение в качестве коэффициентов весового фильтра отсчетов известных весовых функций может приводить к ухудшению таких характеристик системы с ЛЧМн сигналами, как разрешающая способность, точность и неоднозначность оценки времени.

Проведен синтез коэффициентов весового фильтра для ЛЧМн сигнала по комбинированному критерию:

М7(С) = аз1,5яу,+(1-азХа4£ + (1-а4)7;), а3иа4б[0;1]. (12) Здесь ^ - нормированная дисперсия ошибки измерения задержки, Тг - постоянная разрешения по времени. Для упрощения процедуры синтеза использовались симметричные коэффициенты: c¡ Оптимизированные коэффициенты весового фильтра для ЛЧМн сигналов обеспечивают на 5 % меньшее значение постоянной разрешения по времени Тг, на 7 % меньшее значение дисперсии ошибки измерения времени на 2,6 дБ меньшее значение уровня боковых лепестков уг сжатого сигнала и на 0,2 дБ меньшее значение потерь на весовую обработку, чем коэффициенты, представляющие собой отсчеты функции Хэмминга.

Свойства применяемых в современных СПИ ОФМн-4 сигналов в значительной степени зависят от формы элементарного импульса. Рассмотрена процедура синтеза элементарного импульса ОФМн-4 сигнала, обеспечивающая узкую полосу частот, высокую скорость спада внеполосного излучения, отсутствие межсимвольных помех и низкий пик-фактор сигнала, необходимый для работы передатчика мобильной станции в нелинейном режиме. Вначале процедуры проводится разложение элементарного импульса МЧМ сигнала в ряд Фурье. Далее полученные X коэффициентов искомого приближения элементарного импульса длительностью Л/Г

«,(/) = щ/Ш + л/г/АЯ^ик соъ^ при 14 < МГ/2 (13)

оптимизируются по критерию приближения:

Л/8(«Д/)) = <Х5П0 +(1-а5)^02 (14)

где - параметр, П0 - нормированный к пик-фактор ОФМн-4 сигна-

ла, - квадрат эффективной ширины спектра ОФМн-4 сигнала, нормиро-

ванный к квадрату эффективной ширины спектра МЧМ сигнала. Изменяя параметр можно достигнуть компромисса между величиной пик-фактора и эффективной шириной полосы частот, на которой расположен ОФМн-4 сигнал. На син-

тезируемый элементарный импульс накладывались следующие ограничения: 1К(г) = юД-/); 2) 2Еи = 1; 3) ги (2кТ) = 0 при к* 0; 4) us(±0£MT) = 0-, =0; 6) ys = -50дБ. Первое ограничение обеспечивает линейность фазочастотной характеристики (ФЧХ) фильтра; второе - устойчивость оптимизации; третье - отсутствие межсимвольных помех при точной синхронизации; четвертое и пятое - задают требуемую асимптотическую скорость спада вне-полосного излучения - 60 дБ/дек; шестое - определяет УБЛ СПМ, равный -50 дБ. Показано, что по сравнению с известным элементарным импульсом со спектром вида «корень квадратный из приподнятого косинуса» синтезированные элементарные импульсы имеют на 8 % меньший пик-фактор при такой же полосе частот, содержащей 99 % энергии сигнала.

Скорость спада внеполосного излучения для ГМЧМ сигналов, которые применяются в СПИ GSM, существенно зависит от формы огибающей сигнала. Рассмотрена форма огибающей ГМЧМ сигнала, задаваемая выражением:

ei(/) = 0,^erf*3(/ + к2Т) - erf*3(/ -(N-\ + к2)Т^. (15)

Методом сопряженных градиентов проведена оптимизация коэффициентов формы огибающей ГМЧМ сигнала и определены коэффициенты к2=0,648 и к3 =2,776, обеспечивающие высокую скорость спада внеполосного излучения. Показана возможность синтеза ГМЧМ сигналов, устойчивых к действию узкополосной помехи.

В третьей главе диссертации проведен анализ влияния линейных и нелинейных искажений на спектральные и корреляционные характеристики фазо- и частотно-манипулированных сигналов, рассмотрена полифазная реализация цифровой когерентной обработки с многоступенчатой дискретизацией МЧМ и ФМн-2 сигналов, исследована возможность использования МЧМ сигналов в ультразвуковых измерителях скорости газа.

Методом имитационного моделирования произведена оценка влияния искажений в радиотракте на характеристики МЧМ и ФМн-2 сигналов. Исследовано влияние ограниченности полосы пропускания на огибающую ФМн-2 и МЧМ сигналов. Показано, что МЧМ сигналы, в отличие от ФМн-2 сигналов, после полосовой фильтрации сохраняют равномерную огибающую, которая требуется для обеспечения максимальной помехоустойчивости при ограниченной пиковой мощности сигнала. Исследовано влияние полосовой фильтрации на приемной и передающей сторонах на корреляционные характеристики ФМн-2 и МЧМ сигналов. Показано, что кодовые последовательности с разреженной АКФ (3) позволяют снизить влияние частотных искажений и обеспечивают на 10...20 % меньший УБЛ корреляционной функции для ФМн-2 и МЧМ сигналов по сравнению с кодовыми последовательностями с неразреженной АКФ.

Предложена полифазная реализация цифрового квадратурного демодулятора, которая позволяет в два раза сократить объем вычислений при децимации сигналов. Для МЧМ и ФМн-2 сигналов предложенная реализация частотно-временной фильтрации требует в 2... 3 раза меньшего объема вычислений по сравнению с обычной сверткой отсчетов принимаемого и эталонного сигналов. При

использовании быстрой свертки экономия в объёме вычислений оказывается в пределах 10...40%.

Проведено исследование возможности использования синтезированных сложных МЧМ сигналов в цифровых устройствах измерения задержки сигнала для ультразвуковых измерителей скорости (расхода) газа. Показана целесообразность применения МЧМ сигналов в ультразвуковых измерителях расхода газа. Установлено, что такие сигналы с кодовыми последовательностями, обладающими специальным свойством симметрии (2), обеспечивают в 1,5...2 раза более высокую точность измерения задержки, чем ФМн-2 сигналы.

В заключении сформулированы основные выводы по результатам, полученным в диссертационной работе:

1. Разработан эффективный алгоритм синтеза кодовых последовательностей ФМн-2 сигналов нечетной длины N, обладающих специальным свойством симметрии (2) и разреженной АКФ, обеспечивающих предельные значения потерь на рассогласование при весовой обработке: 1,6 дБ. Показано, что МЧМ сигналы с такими последовательностями имеют равный с ФМн-2 сигналами УБЛ АКФ.

2. Разработана быстрая двухэтапная процедура синтеза минимаксных кодовых последовательностей для ФМн-2 сигналов большой длительности по двум последовательно применяемым критериям (4) и (5), обеспечивающая на 5 % меньший УБВ АКФ, чем процедура синтеза по каждому из этих критериев в отдельности. Показано, что синтезированные по квадратическому критерию кодовые последовательности, обладающие специальным свойством симметрии (2), при нечетном N обеспечивают в среднем на 0,4 дБ меньшие предельные значения потерь на рассогласование при весовой обработке, чем синтезированные по такому же критерию несимметричные последовательности.

3. Предложен алгоритм многокритериального синтеза кодовых последовательностей для МЧМ сигналов с прямоугольной огибающей и заданными спектрально-корреляционными свойствами, обеспечивающий дополнительное подавление узкополосной помехи на 12... 14 дБ. Показано, что такие параметры синтезированных МЧМ сигналов, как УБЛ АКФ и дисперсия выбросов энергетического спектра, незначительно отличаются от параметров исходных ФМн-2 сигналов.

4. Предложена процедура двухэтапного синтеза кодовых последовательностей по среднестепенному и комбинированному критериям для МЧМ сигналов с гладкой формой огибающей, обеспечивающая на 12 % меньшее среднее значение УБЛ АКФ, чем МЧМ сигналы на основе М-П.

5. Предложена процедура совместного синтеза кодовой последовательности и коэффициентов весового фильтра сжатия МЧМ сигналов по общему критерию (8), позволяющая получить на 5...7 дБ меньший УБЛ и на 1...1.5 дБ меньшие потери на рассогласование, чем при раздельном синтезе. Показано, что доплеровский сдвиг на 0,2 / Т существенно снижает эффективность весовой фильтрации МЧМ сигнала.

6. Предложены рекурсивные весовые фильтры и процедура формирования составных кодовых последовательностей на основе трехэлементных последовательно-

. стей, обеспечивающие отсутствие боковых лепестков при высокой скорости обработки.

7. Разработана процедура синтеза коэффициентов весового фильтра для ЛЧМн сигналов, обеспечивающая на 5 %, 7 %, 2,6 дБ и 0,2 дБ меньшие значения постоянной разрешения по времени, дисперсии ошибки измерения времени, уровня боковых лепестков сжатого сигнала и потерь на весовую обработку соответственно, чем коэффициенты, представляющие собой отсчеты функции Хэммин-га.

8. Предложена процедура синтеза формы элементарных импульсов, обеспечивающая на 7... 10 % меньший пик-фактор ОФМн-4 сигналов и на 4...6 % меньший пик-фактор ИР8К и я/4-ФМн-4 сигналов, чем элементарные импульсы вида «корень квадратный из приподнятого косинуса».

9. Предложена процедура оптимизации формы огибающей для апериодических ГМЧМ сигналов, обеспечивающая бесконечную асимптотическую скорость спада внеполосного излучения и такие же, как и для МЧМ сигналов, корреляционные свойства. Показана возможность синтеза ГМЧМ сигналов, устойчивых к действию узкополосной помехи, т.е. имеющих провал на частоте действия такой помехи.

10. Показано, что применение кодовых последовательностей, обладающих разреженной АКФ, позволяет существенно снизить влияние частотных искажений на УБЛ сжатых в согласованном фильтре ФМн-2 и МЧМ сигналов.

И. Предложена реализованная на основе полифазных фильтров с многоступенчатой дискретизацией процедура цифровой когерентной обработки сложных МЧМ и ФМн-2 сигналов, состоящая из двух частей: полифазной демодуляции и канальной полифазной фильтрации. Показано, что данная процедура позволяет в 1,5...2 раза сократить объем вычислений по сравнению с обычной сверткой отсчетов принимаемого и эталонного сигналов. 12. Установлено, что МЧМ сигналы с кодовыми последовательностями, обладающие специальным свойством симметрии, обеспечивают в 1,5...2 раза более высокую точность измерения задержки при наличии мешающих факторов, чем сигналы с ФМн-2.

В приложениях приведены: список условных обозначений, аббревиатур; основные свойства последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии; результаты весовой фильтрации синтезированных кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии; текст программы алгоритма синтеза обладающих специальным свойством симметрии последовательностей с разреженной АКФ; векторные и глазковые диаграммы для фазомани-пулированных сигналов с синтезированными элементарными импульсами; алгоритмы оценки задержки МЧМ сигнала в ультразвуковом измерителе скорости газа; пакет программ для имитационного моделирования процесса измерения задержки; копии актов о внедрении результатов диссертационной работы.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кириллов С.Н., Поспелов А.В., Поспелов ВА Ускоренная процедура синтеза сигналов с расширением спектра в беспроводных сетях // Проблемы автоматизированного проектирования: Межвуз. сб. науч. тр. / РГРТА. Рязань, 1998. С.59-61.

2. Бодров О.А., Бакке А.В., Поспелов А.В. Многокритериальный синтез частотно-манипулированных сигналов // 5-я МНТК студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика": Тез. докл. Том 1. М.: МЭИ, 1999. С.134-135.

3. Кириллов С.Н., Поспелов А.В. Многокритериальный синтез сигналов с минимальной частотной манипуляцией на основе фазоманипулированных сигналов // Радиоэлектронные системы и устройства: Межвуз. сб. науч. тр. / РГРТА. Рязань, 1999. С.25-27.

4. Кириллов С.Н., Бодров О.А., Поспелов А.В. Алгоритмы многокритериального синтеза систем частотно-манипулированных сигналов с минимальным сдвигом // Международный конгресс "Телекоммуникационные и вычислительные системы" (CTN-99): Тез. докл. М.: МТУСИ, 1999. С.196-197.

5. Бодров О.А., Поспелов А.В. Метод синтеза сложных бинарных апериодических сигналов с непрерывной фазой и межсимвольной частотно-фазовой связью // ВНТК студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании" (НИТ-2000): Тез. докл. / РГРТА. Рязань, 2000. С.142-143.

6. Кириллов С.Н., Бодров О.А., Поспелов А.В., Зорин СВ. Многокритериальный синтез сложных бинарных сигналов // 3-я Международная конференция и выставка. Цифровая обработка сигналов и ее применение (Digital Signal Processing and its Application, Moscow, 2000): Тез. докл. T.I. M., 2000. С14-16.

7. Бодров О.А., Поспелов А.В. Методы улучшения спектральных характеристик частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой // ВМНТК студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2000": Тез. докл. М.: МИЭТ,2000.СЛ86.

8. Кириллов С.Н., Поспелов А.В. Многокритериальный синтез OQPSK сигналов для систем беспроводной связи // МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций»: Тез. докл. / РГРТА. Рязань, 2001. С.106-107.

9. Кириллов С.Н., Бодров ОА, Поспелов А.В. Методы многокритериального синтеза частотноманипулированных сигналов // ВНТК " Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании ": Тез. докл. / РГРТА. Рязань, 2001. С. 13 8.

Ю.Кириллов С.Н., Поспелов А.В. Алгоритм синтеза сложных апериодических сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Радиотехника, 2001. №12. С.24-26.

11 .Поспелов А.В. Двухэтапная процедура синтеза кодовых последовательностей // Вестник РГРТА. Рязань, 2002. Вып. 10. С. 109-111.

12. Кириллов С.Н., Поспелов А.В. Синтез коэффициентов весового фильтра сжатия для сигналов с минимальной частотной манипуляцией в системах связи // МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций»: Тез. докл. / РГРТА Рязань, 2002. СИ 1-113.

13. Поспелов А.В. Синтез сложных OQPSK сигналов для систем телекоммуникации // ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании»: Тез. докл. / РГРТА. Рязань, 2002. С.55.

14. Дискретные сигналы в радиотехнических системах: Учеб. пособие / С.Н. Кириллов, А.В. Поспелов; РГРТА. Рязань, 2003.60 с.

15. Кириллов С.Н., Поспелов А.В. Многокритериальный синтез коэффициентов весового фильтра сжатия сигналов с линейной частотной манипуляцией // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2003. №7. С.77-80.

16. Поспелов А.В., Кириллов С.Н. Многокритериальный синтез элементарного импульса сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией со смещением для систем радиосвязи // Электросвязь. 2003. №9. С. 10-12.

17. Поспелов А.В. Влияние искажений в радиотракте на согласованную фильтрацию сигналов с бинарной фазовой и минимальной частотной манипуляцией // Методы и устройства обработки сигналов в радиотехнических системах: Меж-вуз. сб. / РГРТА. Рязань, 2003. С.126-130.

18. Поспелов А. В. Оценка влияния искажений в канале передачи информации на характеристики дискретных сигналов // ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании»: Тез. докл. / РГРТА. Рязань, 2003. С.62-63.

19.Кириллов С.Н., Поспелов А.В. Совместный синтез кодовой последовательности и коэффициентов весового фильтра сжатия для сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Вестник РГРТА. Рязань, 2003. Вып. 12. С.42-44.

Поспелов Антон Викторович

Повышение качественных показателей и вычислительной эффективности алгоритмов синтеза и обработки фазо- и частотно-манипулированных сигналов в радиотехнических системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 27.04.04. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 1756. ООО НПЦ "Информационные технологии". 390035, г. Рязань, ул. Островского, 21/1.

»10265

ВВЕДЕНИЕ.

1. СИНТЕЗ КОДОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ДЛЯ СИГНАЛОВ С БИНАРНОЙ ФАЗОВОЙ И МИНИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ С ЗАДАННЫМИ СПЕКТРАЛЬНЫМИ И КОРРЕЛЯЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ.

1.1. Вводные замечания

1.2. Алгоритм синтеза кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии, для сигналов с бинарной фазовой манипуляцией.

1.2.1. Правило образования и характеристики кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии.

1.2.2. Алгоритм синтеза кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии

1.3. Двухэтапная процедура синтеза минимаксных кодовых последовательностей.

1.3.1 Исследование критериев синтеза минимаксных кодовых последовательностей

1.3.2. Обоснование двухэтапной процедуры синтеза минимаксных кодовых последовательностей.

1.3.3. Результаты весовой фильтрации синтезированных по двухэтапной ц процедуре кодовых последовательностей.

1.4. Процедура синтеза сложных апериодических сигналов с минимальной частотной манипуляцией.

1.4.1. Свойства сигналов с минимальной частотной манипуляцией.

1.4.2. Процедура синтеза сигналов с минимальной частотной манипуляцией и прямоугольной огибающей.

1.4.3. Характеристики сигналов с минимальной частотной манипуляцией и гладкой формой огибающей. 1.5. Выводы.

2. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ И АЛГОРИТМОВ СИНТЕЗА СИГНАЛОВ

С ФАЗОВОЙ И ЧАСТОТНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ.

2.1. Вводные замечания.

2.2. Совместный синтез кодовых последовательностей и коэффициентов весового фильтра сжатия для сигналов с минимальной частотной манипуляцией.

2.3. Реализация рекурсивных весовых фильтров для сигналов с бинарной фазовой манипуляцией на основе трехэлементных последовательностей

2.4. Синтез коэффициентов весового фильтра сжатия для сигналов с линейной частотной манипуляцией по нескольким показателям качества.

2.5. Синтез формы элементарного импульса для сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией со смещением по нескольким показателям качества.

2.5.1. Свойства сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией со смещением.

2.5.2. Формулировка задачи синтеза форм элементарного импульса для сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией со смещением.

2.5.3. Влияние мешающих факторов на характеристики сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией со смещением и синтезированными элементарными импульсами.

2.5.4. Использование синтезированных форм элементарного импульса в других видах фазоманипулированных сигналов.

2.6. Оптимизация формы огибающей апериодического сигнала с гауссовской минимальной частотной манипуляцией.

2.7. Выводы.

3. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ С МИНИМАЛЬНОЙ ЧАСТОТНОЙ И БИНАРНОЙ ФАЗОВОЙ

МАНИПУЛЯЦИЕЙ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.

3.1. Вводные замечания.

3.2 Оценка влияния искажений в канале передачи информации на характеристики дискретных сигналов.

3.3. Полифазная реализация цифровой когерентной обработки сигналов с минимальной частотной и бинарной фазовой манипуляцией.

3.3.1. Квадратурная демодуляция.

3.3.2. Частотно-временная фильтрация

3.4. Использование синтезированных сложных сигналов с минимальной частотной манипуляцией в ультразвуковых измерителях скорости газа.

3.4.1. Реализация измерителя задержки сигнала с минимальной частотной манипуляцией.

3.4.2. Имитационное моделирование процесса измерения задержки сигналов с минимальной частотной и бинарной фазовой манипуляциями в ультразвуковых измерителях скорости газа.

3.5. Выводы.

Актуальность темы. Обоснованный выбор и синтез сигналов является важным этапом проектирования радиотехнических систем (РТС), поскольку от свойств синтезированных сигналов зависят основные тактико-технические показатели качества РТС. Так, при расчете дальности действия радиолокационной станции (PJIC) необходимо правильно выбрать тип используемого сложного сигнала, параметры которого определяют максимальную дальность РЛС, разрешающую способность, неоднозначность и точность оценки параметров объекта, а также способность к подавлению активных и пассивных помех. Поскольку многие требования, предъявляемые к сигналу, противоречат друг другу, то даже теоретически не существует такого идеального радиолокационного сигнала, который подходил бы для решения любых задач.

Особый интерес у разработчиков радиолокационных, радионавигационных и других РТС вызывают сложные дискретные сигналы, у которых форма определяется кодовой последовательностью и база много больше единицы В» 1. Этот интерес обусловлен тем, что в настоящее время большинство перспективных многофункциональных PJ1C строится на цифровой элементной базе, а также различными существенными преимуществами сложных сигналов перед простыми.

Сложные дискретные сигналы широко используются в перспективных мобильных системах передачи информации (СПИ) с многостанционным доступом на основе кодового разделения каналов (МДКРК). Большинство стандартов международной программы по гармонизации семейства стандартов мобильной связи International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) основаны на МДКРК.

Реализовать потенциальные возможности конкретного вида сложных дискретных сигналов возможно при синтезе кодовой последовательности по нескольким показателям качества и оптимизации параметров элементарных импульсов, а также огибающей сигнала, исходя из заданных требований к РТС. Выбранный сигнал должен быть практически реализуемым и достаточно простым для обработки. Существенный вклад в развитие теории сложных сигналов внесли как отечественные, так и зарубежные ученые: Ф. Вудворд, Я.Д. Ширман, Ю.С. Лезин, Д.Е. Вакман, И.Н. Амиантов, Ч. Кук, М. Бернфельд , Л. Френке, Л.Е. Варакин, P.M. Седлецкий, В.Б. Пестряков, Н.И. Смирнов, М.Б. Свердлик, В.Е. Гантмахер, В. П. Ипатов и др. [1.21].

Наибольшее распространение в радиолокации получили сигналы с бинарной фазовой манипуляцией (ФМн-2), главным достоинством которых является простота формирования и обработки. К недостаткам ФМн-2 сигналов можно отнести высокий уровень внеполосных излучений спектральной плотности мощности (СПМ). Более низким уровнем внеполосных излучений СПМ, чем ФМн-2 сигналы, обладают сигналы с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ). В настоящее время не существует регулярного метода синтеза кодовых последовательностей для ФМн-2 и МЧМ сигналов, обеспечивающих минимальный уровень боковых лепестков (УБЛ) автокорреляционной функции (АКФ) и заданную форму СПМ. Наилучшую форму апериодической АКФ имеют последовательности Баркера, обладающие специальным свойством симметрии [2]. Длина известных кодовых последовательностей Баркера не превышает 13 элементов. В связи с этим актуальной является задача синтеза кодовых последовательностей больших длин, обладающих специальным свойством симметрии и заданными спектральными и корреляционными характеристиками.

Для повышения эффективности сигналов с фазовой и частотной манипуляцией можно применять весовую обработку, а также оптимизацию форм элементарных импульсов и огибающей. Как известно, при согласованном приеме сложных дискретных сигналов УБЛ составляют 10.20 дБ. В радиолокации при наличии нескольких объектов с широким диапазоном эффективной площади рассеяния такие боковые лепестки создают высокий уровень помех, который снижает тактико-технические показатели РЛС. Используя весовую фильтрацию, можно уменьшить УБЛ сигналов за счет некоторых потерь в отношении сигнал-шум и снижения разрешающей способности. Для того, чтобы обеспечить близкие к оптимальным характеристики сигналов, синтез кодовых последовательностей и весовых фильтров можно производить совместно. Актуальным является вопрос синтеза весовых фильтров для таких частотно-манипулированных сигналов, как сигналы с МЧМ и линейной частотной манипуляцией (ЛЧМн). Известные нерекурсивные весовые фильтры для ФМн-2 сигналов не позволяют полностью подавить боковые лепестки. В некоторых случаях, при определенной структуре кодовых последовательностей и использовании фильтров с бесконечной импульсной характеристикой, возможно полное подавление боковых лепестков. Данное обстоятельство показывает актуальность разработки процедуры формирования кодовых последовательностей, обеспечивающих полное подавление боковых лепестков при рекурсивной весовой фильтрации.

В перспективных СПИ широко применяются сигналы с офсетной квадратурной фазовой манипуляцией (ОФМн-4), свойства которых зависят от формы элементарного импульса. ОФМн-4 сигналы с известными элементарными импульсами занимают узкую полосу частот, но имеют большую неравномерность огибающей. Поэтому вызывает определенный интерес задача синтеза элементарного импульса, обеспечивающего улучшение пик-фактора при заданных спектральных и корреляционных характеристиках.

Свойства апериодических сигналов с частотной манипуляцией зависят от формы огибающей. При использовании прямоугольной формы огибающей скорость спада боковых лепестков СПМ оказывается крайне мала: -20 дБ / дек, что связано с разрывом огибающей. Полосовая фильтрация позволяет подавить эти боковые лепестки, однако при этом возникает паразитная амплитудная модуляция сигнала. В связи с этим возникает необходимость поиска формы огибающей, обеспечивающей высокую скорость спада боковых лепестков СПМ, для таких час-тотно-манипулированных сигналов, как сигналы с МЧМ и гауссовой минимальной частотной манипуляцией (ГМЧМ).

При практической реализации на характеристики дискретных сигналов оказывают влияние различные виды искажений в радиотракте, которые приводят к увеличению УБЛ АКФ и СПМ, а также к потерям в отношении сигнал-шум из-за рассогласования сигнала и передаточной характеристики оптимального фильтра. Поэтому актуальной является задача учета и анализа влияния таких искажений на корреляционные характеристики ФМн-2 и МЧМ сигналов.

Сложность и себестоимость РТС непосредственно зависят от вычислительной эффективности алгоритмов цифровой обработки сигналов. Полифазное представление цифровых фильтров и многоскоростная фильтрация является эффективным средством увеличения производительности программируемого процессора сигналов (III 1С). Вышеуказанное показывает актуальность разработки процедуры когерентной обработки сложных МЧМ и ФМн-2 сигналов с использованием полифазных фильтров.

В настоящее время для оценки расхода газа в трубопроводе широко применяются ультразвуковые измерители скорости газа. Измерение осуществляется по разнице задержек акустических сигналов, излученных вдоль трубы в прямом и обратном направлениях. Сигнал в газе распространяется по нескольким трассам и подвергается линейным и нелинейным искажениям, которые зависят от типа зондирующего сигнала. Исследование влияния такой среды на точность измерения задержки осуществляется с помощью имитационного моделирования. В связи с этим необходимо провести имитационное моделирование и исследовать возможность использования синтезированных ФМн-2 и МЧМ сигналов для ультразвуковых измерителей скорости газа.

Таким образом, тема диссертационной работы, посвященная разработке процедур синтеза и алгоритмов обработки фазо- и частотно-манипулированных сигналов с заданными спектральными и корреляционными свойствами, является актуальной.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка эффективных процедур синтеза и алгоритмов обработки сигналов с фазовой и частотной манипуляцией, обеспечивающих повышение спектральных и корреляционных характеристик.

Цель работы включает в себя решение следующих задач:

- разработки эффективных процедур синтеза сигналов с ФМн-2 и МЧМ, обладающих специальным свойством симметрии, имеющих низкий уровень боковых выбросов АКФ и равномерный амплитудно-частотный спектр;

- разработки процедуры совместного синтеза кодовых последовательностей и коэффициентов весовых фильтров сжатия ФМн-2 и МЧМ сигналов;

- разработки процедуры синтеза по нескольким показателям качества элементарного импульса для ОФМн-4 сигналов;

- оптимизации формы огибающей для апериодических МЧМ и ГМЧМ сигналов;

- оценки влияния искажений в канале передачи информации на характеристики ФМн-2 и МЧМ сигналов;

- разработки эффективной по вычислительным затратам полифазной реализации цифровой когерентной обработки МЧМ и ФМн-2 сигналов;

- исследования возможности использования синтезированных ФМн-2 и МЧМ сигналов в цифровых устройствах измерения задержки сигнала для ультразвуковых измерителей скорости газа.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

1. Предложен алгоритм синтеза кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии, который обеспечивает низкий уровень боковых выбросов разреженной АКФ, равномерный амплитудно-частотный спектр и малые потери на рассогласование при весовой обработке.

2. Показана целесообразность использования синтезированных кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии для ФМн-2 и МЧМ сигналов.

3. Предложено оптимизировать минимаксные кодовые последовательности для ФМн-2 сигналов методом покоординатного спуска по комбинированному критерию приближения, учитывающему уровень и дисперсию боковых выбросов АКФ кодовых последовательностей.

4. Предложено использовать оптимизацию кодовых последовательностей для ФМн-2 сигналов по двум последовательно применяемым целевым функциям с целью уменьшения уровня боковых выбросов АКФ.

5. Разработана процедура синтеза апериодических МЧМ сигналов на основе предварительного синтеза ФМн-2 сигналов с заданными корреляционными и спектральными свойствами, в том числе с минимальной концентрацией энергии в определенной полосе частот, на которой расположена узкополосная помеха.

6. Предложена процедура многокритериального синтеза формы элементарного импульса для ОФМн-4 сигналов, обеспечивающая наименьшую взвешенную сумму эффективной ширины спектра и пик-фактора при заданном УБЛ СПМ.

7. Предложен алгоритм многокритериального синтеза коэффициентов весового фильтра сжатия ЛЧМн сигналов, обеспечивающих заданные показатели разрешающей способности, точности и неоднозначности оценки задержки сигнала.

8. Показана целесообразность совместного синтеза кодовой последовательности и коэффициентов весового фильтра сжатия для МЧМ сигналов, обеспечивающего малые потери в отношении сигнал-шум и низкий уровень боковых лепестков при весовой обработке.

9. Разработана процедура формирования составных кодовых последовательностей на основе трехэлементных последовательностей, обеспечивающих полное подавление боковых лепестков на выходе весового рекурсивного фильтра.

10. Оптимизирована форма огибающей для ГМЧМ сигналов, обеспечивающая высокую скорость спада внеполосного излучения.

11. Разработана процедура полифазной цифровой когерентной обработки ФМн-2 и МЧМ сигналов, позволяющая значительно сократить вычислительные затраты.

12. Показана целесообразность использования синтезированных МЧМ сигналов с кодовыми последовательностями, обладающими специальным свойством симметрии, с целью увеличения в 1,5—2 раза точности измерения задержки в ультразвуковых измерителях скорости газа по сравнению с ФМн-2 сигналами.

Практическая значимость диссертационной работы.

Полученные в диссертационной работе процедуры синтеза и алгоритмы обработки апериодических сложных дискретных сигналов с улучшенными спектрально-корреляционными свойствами могут быть использованы при проектировании

РЛС и СПИ, в радионавигационных системах, а также в ультразвуковых измерителях скорости газа. Результаты диссертационной работы внедрены в научные разработки новых ультразвуковых систем измерения расхода газа в ОАО «Теплоприбор», а также в учебный процесс Рязанской государственной радиотехнической академии, что подтверждено соответствующими актами.

Основные положения, выносимые на защиту диссертационной работы.

1.Алгоритм ускоренного синтеза кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии, для систем ФМн-2 и МЧМ сигналов с минимальным уровнем боковых лепестков и разреженной автокорреляционной функцией, обеспечивающих в среднем на 3,7 дБ меньшие потери на весовую обработку, чем М-последовательности.

2. Процедура синтеза МЧМ сигналов с заданными корреляционными и спектральными свойствами на основе предварительного синтеза ФМн-2 сигналов, обеспечивающая снижение вычислительных затрат.

3. Процедура формирования составных кодовых последовательностей для ФМн-2 сигналов на основе трехэлементных последовательностей, обеспечивающих полное подавление боковых лепестков при рекурсивной весовой обработке.

4. Процедура синтеза по нескольким показателям качества форм элементарных импульсов для ОФМн-4 сигналов, обеспечивающих при отсутствии межсимвольных помех снижение пик-фактора на 7. 10 % и уменьшение внеполосного излучения на 15.25 дБ по сравнению с известными формами элементарных импульсов.

Методы проведения исследований. В работе использовались методы статистической радиотехники и математической статистики, вариационного исчисления и вычислительной математики. Перечисленные теоретические методы сочетались с методами имитационного моделирования.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Пятой ежегодной МНТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 1999), МНТК «Телекоммуникационные и вычислительные системы» (Москва, 1999), ВМНТК студентов и аспирантов

Микроэлектроника и информатика - 2000" (Москва, 2000), ВНТК студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании" (Рязань, 2000), The 3rd International Conférence and exhibition «Digital Signal Processing and its Application» (Moscow, 2000), BHTK «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 2001), МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань, 2001), ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 2002), МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань, 2002), ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» (Рязань, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ. Из них 3 статьи в центральной печати, 1 учебное пособие, 3 статьи в межвузовских сборниках, 2 статьи в вестнике Рязанской государственной радиотехнической академии и 10 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 148 наименований и 8 приложений. Общий объем диссертационной работы вместе с приложениями составляет 243 страницы. Диссертация без приложений содержит 187 страниц, в том числе 144 страницы основного текста, 17 таблиц и 83 рисунка. Объем приложений составляет 56 страниц.

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать в следующем виде:

1. Разработан эффективный алгоритм синтеза кодовых последовательностей ФМн-2 сигналов нечетной длины N, обладающих специальным свойством симметрии (1.5) и разреженной АКФ, обеспечивающих предельные значения потерь на рассогласование при весовой обработке: -1,6 дБ. Показано, что МЧМ сигналы с такими последовательностями имеют равный с ФМн-2 сигналами УБЛ АКФ.

2. Разработана быстрая двухэтапная процедура синтеза минимаксных кодовых последовательностей для ФМн-2 сигналов большой длительности по двум последовательно применяемым критериям (1.9) и (1.12), обеспечивающая на 5 % меньший УБВ АКФ, чем процедура синтеза по каждому из этих критериев в отдельности. Показано, что синтезированные по квадра-тическому критерию кодовые последовательности, обладающие специальным свойством симметрии (1.5), при нечетном N обеспечивают в среднем на 0,4 дБ меньшие предельные значения потерь на рассогласование при весовой обработке, чем синтезированные по такому же критерию несимметричные последовательности.

3. Предложен алгоритм многокритериального синтеза кодовых последовательностей для МЧМ сигналов с прямоугольной огибающей и заданными спектрально-корреляционными свойствами, обеспечивающий дополнительное подавление узкополосной помехи на 12. 14 дБ. Показано, что такие параметры синтезированных МЧМ сигналов, как УБЛ АКФ и дисперсия выбросов энергетического спектра, незначительно отличаются от параметров исходных ФМн-2 сигналов.

4. Предложена процедура двухэтапного синтеза кодовых последовательностей по среднестепенному и комбинированному критериям для МЧМ сигналов с гладкой формой огибающей, обеспечивающая на 12 % меньшее среднее значение УБЛ АКФ, чем МЧМ сигналы на основе М-П.

5. Предложена процедура совместного синтеза кодовой последовательности и коэффициентов весового фильтра сжатия МЧМ сигналов по общему критерию (8), позволяющая получить на 5.7 дБ меньший УБЛ и на 1.1,5 дБ меньшие потери на рассогласование, чем при раздельном синтезе. Показано, что доплеровский сдвиг на 0.2 / Т существенно снижает эффективность весовой фильтрации МЧМ сигнала.

6. Предложены рекурсивные весовые фильтры и процедура формирования составных кодовых последовательностей на основе трехэлементных последовательностей, обеспечивающие отсутствие боковых лепестков при высокой скорости обработки.

7. Разработана. процедура синтеза коэффициентов весового фильтра для ЛЧМн сигналов, обеспечивающая на 5 %, 7 %, 2,6 дБ и 0,2 дБ меньшие значения постоянной разрешения по времени, дисперсии ошибки измерения времени, уровня боковых лепестков сжатого сигнала и потерь на весовую обработку соответственно, чем коэффициенты, представляющие собой отсчеты функции Хэмминга.

8.Предложена процедура синтеза формы элементарных импульсов, обеспечивающая на 7. 10 % меньший пик-фактор ОФМн-4 сигналов и на 4.6 % меньший пик-фактор НРБК и л / 4 - ФМн-4 сигналов, чем элементарные импульсы вида «корень квадратный из приподнятого косинуса».

9.Проведена оптимизация формы огибающей для апериодических ГМЧМ сигналов, обеспечивающая бесконечную асимптотическую скорость спада внеполосного излучения и такие же, как и для МЧМ сигналов, корреляционные свойства. Показана возможность синтеза ГМЧМ сигналов, устойчивых к действию узкополосной помехи, т.е. имеющих провал на частоте действия такой помехи.

10. Показано, что МЧМ сигналы в отличие от ФМн-2 сигналов даже без дополнительной полосовой фильтрации имеют хорошие спектральные свойства, а после фильтрации сохраняют равномерную огибающую и низкий пик-фактор По <1,05. Продемонстрировано, что применение кодовых последовательностей, обладающих разреженной АКФ, позволяет снизить в 4.5 раз влияние частотных искажений на УБЛ сжатых в согласованном фильтре ФМн-2 и МЧМ сигналов.

И. Предложена реализованная на основе полифазных фильтров с многоступенчатой дискретизацией процедура цифровой когерентной обработки сложных МЧМ и ФМн-2 сигналов, состоящая из двух частей: полифазной демодуляции и канальной полифазной фильтрации. Показано, что данная процедура позволяет в 1,5.2 раза сократить объем вычислений по сравнению с обычной сверткой отсчетов принимаемого и эталонного сигналов. 12. Установлено, что МЧМ сигналы с кодовыми последовательностями, обладающие специальным свойством симметрии, обеспечивают в 1,5.2 раза более высокую точность измерения задержки при наличии мешающих факторов, чем сигналы с ФМн-2.

Реализация вышеперечисленных результатов позволит повысить качественные показатели и вычислительную эффективность различных РТС. Представленные в диссертационной работе процедуры синтеза и алгоритмы обработки апериодических дискретных фазо- и частотно-манипулированных сигналов с улучшенными спектрально-корреляционными свойствами могут быть использованы в РЛС, СПИ, радионавигационных системах и ультразвуковых измерителях расхода газа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе нашли отражение вопросы разработки эффективных процедур синтеза сигналов с фазовой и частотной манипуляцией, обладающих повышенными спектральными и корреляционными характеристиками.

В первой главе диссертационной работы предложены и проанализированы процедуры и алгоритмы синтеза кодовых последовательностей, обладающих специальным свойством симметрии, для ФМн-2 и МЧМ сигналов, обеспечивающие заданные спектральные и корреляционные характеристики.

Во второй главе, посвященной повышению эффективности фазо- и час-тотно-манипулированных сигналов, рассмотрены вопросы синтеза коэффициентов весовых фильтров сжатия и формы элементарных импульсов для различных видов фазо- и частотно-манипулированных сигналов, а также оптимизации формы огибающей ГМЧМ сигналов.

В третьей главе диссертационной работы проведен анализ влияния линейных и нелинейных искажений на спектральные и корреляционные характеристики фазо- и частотно-манипулированных сигналов, рассмотрена полифазная реализация цифровой когерентной обработки с многоступенчатой дискретизацией МЧМ и ФМн-2 сигналов, исследована возможность использования МЧМ сигналов в ультразвуковых измерителях скорости газа.

1. Вудворд Ф. М. Теория вероятностей и теория информации с применениями в радиолокации. Пер. с англ. под ред. Г.С. Горелика. М.: Сов. радио, 1955. 128 с.

2. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы: Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1971. 568 с.

3. Френке Л. Теория сигналов. М.: Сов. радио, 1974. 344 с.

4. Хармут Х.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и связи. М.: Радио и связь, 1985. 376 с.

5. Феер К., Беспроводная связь. Методы модуляции и расширения спектра: Пер. с англ. / Под ред. В.И. Журавлева. М.: Радио и связь, 2000. 520 с.

6. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах) под общей ред. К. Н. Трофимова М.: Сов. радио, 1976. Том.1. 456 с.

7. Вакман Д.Е., Седлецкий Р. М. Вопросы синтеза радиолокационных сигналов. М.: Сов. радио, 1973. 312 с.

8. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985. 383 с

9. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. М.: Сов. радио, 1970. 376 с. Ю.Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. М.: Сов. радио, 1978. 304 с. Н.Амиантов И.Н. Избранные вопросы статистической теории связи. М.: Сов.радио, 1971. 461с.

10. Винокуров В.И., Гантмахер В.Е. Дискретно-кодированные последовательности. Ростов-на-Дону: Изд. Ростовского университета, 1990. 288 с.

11. Ипатов В. П. Периодические дискретные сигналы с оптимальными корреляционными свойствами. М.: Радио и связь, 1992. 162 с.

12. М.Свердлик М.Б. Оптимальные дискретные сигналы. М.:Сов. радио, 1975. 200 с.

13. Ширман Я.Д., Голиков В.Н. Основы теории обнаружения радиолокационных сигналов и измерения их параметров. М: Сов. радио, 1963. 278. с.1 б.Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации / Под ред. Зюко. М.: Радио и связь, 1985. 272 с.

14. Смирнов Н.И. Проектирование микроэлектронных устройств обработки шумоподобных сигналов. 4.1. Корреляционные свойства ШПС. / МЭИС: Москва, 1988.41с.

15. Смирнов Н.И. Проектирование микроэлектронных устройств обработки шумоподобных сигналов. 4.2. Спектральные свойства ШПС. / МЭИС: Москва, 1989. 67с.

16. Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. М.: Сов. радио. 1969. 446 с.

17. Кириллов С.Н., Бакке A.B. Оптимизация сигналов в радиотехнических системах: Учеб. пособие / РГРТА; Рязань, 1997. 80 с.

18. Кириллов С.Н., Бодров O.A., Макаров Д.А. Стандарты и сигналы средств подвижной радиосвязи: Учеб. пособие / РГРТА; Рязань, 1999. 80 с.

19. Кириллов С.Н., Поспелов A.B. Дискретные сигналы в радиотехнических системах: Учеб. пособие / РГРТА; Рязань, 2003. 60 с.

20. Вопросы перспективной радиолокации. Коллективная монография / Под ред. A.B. Соколова. М.: Радиотехника, 2003. 512 с.

21. Зверев В.А., Стромков A.A. Увеличение временной селекции сигналов, принимаемых по лучам при зондировании океана посредством М-последовательностей // Акустический журнал. 2003. Т.49. №4. С. 514-517.

22. Невдяев Л.М., Смирнов A.A. Персональная спутниковая связь. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1998.215с.

23. Невдяев Л.М. Мобильная связь 3-го поколения. Серия изд. «Связь и бизнес», 2000. 208 с.

24. Бабков В.Ю., Вознюк М.А. и Никитин А.Н. и др. Системы связи с кодовым разделением каналов. СПбГУТ. СПб, 1999. 120 с.

25. Аджемов С.С., Кастейянос Г.Ц., Смирнов Н.И. Перспективы применения частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой // Зарубежная радиоэлектроника. 1987. №9. С.3-9.

26. Андрианов В. И., Соколов А. В. Средства мобильной связи. СПб.:ВНУ Санкт-Петербург, 1998. 256 с.

27. Barker R.H. Group synchronizing of binary digital system, in: «Communication Theory» (W/ Jackson, ed), p.273-287, Academic Press, N.Y., 1953.

28. Хаффмен Д. Синтез линейных цепей последовательного декодирования. В сб. «Теория передачи сообщений». Изд-во иностранной литературы, 1957. 128 с.

29. Лосев В.В, Бродская Е.Б., Коржик В.И. Поиск и декодирование сложных дискретных сигналов. М.: Радио и связь, 1988. 223 с.

30. Лобзин В.В. и др. Генетический метод синтеза шумоподобных фазомани-пулированных сигналов и их ансамблей // Радиотехника и электроника. 2001. Т.46. №2. С. 194-200.

31. Кириллов С.Н., Бодров О.А., Макаров Д.А. Алгоритм синтеза системы фа-зоманипулированных сигналов с большой базой // Изв. вузов. Электроника. 1998. Т.1. С. 109-113.

32. Лобзин В.В, Лобзина А.Н. Генетический метод синтеза ансамблей шумоподобных фазоманипулированных сигналов для асинхронных широкополосных систем связи // Радиотехника и электроника. 2003. Т.48. №4. С.429-433.

33. Смирнов Н.И., Горгадзе С.Ф. Фазоманипулированные сложные сигналы с прямоугольными спектрами мощности // Радиотехника и электроника. 1994. т.34. №12. С. 2028-2036.

34. Кириллов С.Н., Бакке A.B. Многокритериальный синтез фазоманипулиро-ванных сигналов // Радиотехника. 1997. №2. С.21-24.

35. Кириллов С.Н., Бакке A.B., Бодров O.A. Синтез фазоманипулированных сигналов с заданной формой спектра //Радиотехника и электроника.2000.№ 1. С.77-81.

36. Смирнов Н.И., Горгадзе С.Ф. Закономерности в характеристиках энергетических спектров совокупности шумоподобных сигналов // Радиотехника и электроника. 1990. №4. С.781-785.

37. Агафонов A.A., Поддубный В.Н. Помехоустойчивость приема частотно-манипулированных сигналов с минимальным сдвигом на фоне гармонической помехи // Радиотехника. 1998. №1.С.З-7.

38. Ипатов В.П., Корниевский В.И., Шутов В.К. Эквивалентность задач синтеза двоичных шумоподобных сигналов с фазовой и минимальной частотной манипуляцией // Радиотехника и электроника. 1989. №7. С. 1402-1407.

39. Батухин В.А. Корреляционные функции детерминированных сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Радиотехника. 1988. №12. С.3-5.

40. Озерский О.П. Куклев Л.П. Корреляционные свойства одиночных МЧМ -сигналов // Радиоэлектроника. 1992. №3. С.51-56.

41. Бакке A.B., Бодров O.A. Алгоритмы многокритериального синтеза частот-но-манипулированных сигналов // Радиоэлектронные системы и устройства: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА, 1999. С.33-36.

42. Математический энциклопедический словарь / Под ред. Прохорова Ю.В. М.: Сов. энцик., 1988. 846 с.

43. Велти. Четвертичные коды для импульсного радиолокатора // Зарубежная радиоэлектроника. 1961. №4. С.3-19.

44. Кириллов С.Н., Поспелов A.B., Поспелов В.А. Ускоренная процедура синтеза сигналов с расширением спектра в беспроводных сетях // Проблемы автоматизированного проектирования: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА, 1998. С.59-61.

45. Крылов В.В., Стеклов И.В. Формирование и обработка сложных сигналов с квадратурной манипуляцией кодами Велти // Радиотехника, 1994. №10. С.63-65.

46. Гантмахер В.Е., Чернова И.Л. Троичные последовательности, конкурентоспособные последовательностям Баркера // Проектирование радиоэлектронных систем. Новг. политехи, ин-т, Новгород, 1987. 23с. Деп. в ВИНИТИ 24.01.87. №644-В87.

47. Кириллов С.Н., Макаров Д.А., Бакке A.B. Многокритериальный синтез устойчивых к искажениям весовых фильтров сжатия фазоманипулированных сигналов// Радиотехника, 1999. №7. С.15-17.

48. Кириллов С.Н., Бодров O.A., Бакке A.B. Рекурсивный алгоритм оценки коэффициентов фильтров сжатия фазоманипулированных сигналов // Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1998. №12. С.26-30.

49. Кириллов С.Н., Бакке A.B., Бодров O.A. Синтез и обработка фазоманипулированных сигналов в многофункциональных метеонавигационных РЛС // Конверсия. 1996. №10. С.71-73.

50. Кириллов С.Н., Бодров O.A. Многокритериальный синтез кодовых последовательностей для систем MC-CDMA с расширением спектра в частотной области // Математические методы в научных исследованиях: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА. 2002. С.78-79.

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

52. Поспелов A.B. Двухэтапная процедура синтеза кодовых последовательностей // Рязань / Вестник РГРТА, 2002. Вып. 10. С.109-111.

53. Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь, 2000. 800 с.

54. Ипатов В.П., Корниевский В.И., Шутов В.К. Эквивалентность задач синтеза двоичных шумоподобных сигналов с фазовой и минимальной частотной манипуляцией // Радиотехника и электроника.1989. №7. С. 1402-1407.

55. Кириллов С.Н., Поспелов A.B. Алгоритм синтеза сложных апериодических сигналов с минимальной частотной манипуляцией. // Радиотехника, 2001. №12. С.24-26.

56. Бодров O.A., Бакке A.B., Поспелов A.B. Многокритериальный синтез час-тотно-манипулированных сигналов // 5-ая МНТК студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" Тез. докл. Том 1. М.: МЭИ, 1999 С. 134-135.

57. Кириллов С.Н., Поспелов A.B. Многокритериальный синтез сигналов с минимальной частотной манипуляцией на основе фазоманипулированных сигналов // Радиоэлектронные системы и устройства: Межвуз. сб. науч. тр. / Рязань: РГРТА, 1999. С.25-27.

58. Ипатов В.П. Поиск шумоподобных сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Радиотехника, 1991. №6. С.47-49.

59. Пестряков В.Б., Белоцкий А.К., Журавлев В.И., Сердюков П.Н. Дискретные сигналы с непрерывной фазой: теория и практика // Зарубежная радиоэлектроника, 1988. №4. С.16-37.

60. Максаев Г.П. и др. Многопроцессорная реализация адаптивной обработки сигнала в когерентной импульсной РЛС // Цифровая обработка сигналов. 2001. №4. С.30-33.

61. Чепруков Ю.В., Соколов М.А. Метод оптимизации весовых фильтров сжатия фазоманипулированных сигналов // Радиоэлектроника. 1991. №4. С.31-37.

62. Соколов Г.А. Минимаксная фильтрация импульсных ФКМ и АФМ сигналов // Радиотехника. 1992. №4. С.34-39.

63. Кириллов С.Н., Бодров O.A., Бакке A.B. Рекурсивный алгоритм оценки179коэффициентов фильтра сжатия фазоманипулированных сигналов // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1998. №12. С.26-30.

64. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986. 288 с.

65. Гепко И.А. Последовательности с максимально равномерным спектром в дискретном базисе Фурье // Радиоэлектроника, 1996. №5. С.33-43.

66. Фурман Я.А., Роженцов A.A. Класс кодирующих последовательностей с нулевым уровнем корреляционных шумов при сжатии сигналов // Радиотехника. 2000. №5. С.38-43.

67. Нестеров С.М., Силкин А.Т., Скородумов И.А., Ягольников C.B. Особенности формирования двумерных радиолокационных изображений объектов ступенчатыми ЛЧМ- сигналами // Радиотехника. 2001. №5. С.81-86.

68. Митрофанов Д.Г. Структура радиолокатора с инверсным синтезированием апертуры и многочастотным зондирующим сигналов // Радиотехника. 2001. №5. -С.36-40.

69. Иидзука, А. П. Фройндорфер. Обнаружение находящихся в грунте неметаллических предметов с помощью радиолокатора со ступенчатым изменением рабочей частоты // ТИИЭР. 1983. Т.71. №2. С.98-100.

70. Костас Дж. П. Свойства сигналов с почти идеальной функцией неопределенности в координатах «дальность—доплеровская частота» // ТИИЭР. 1984.Т.72. №8.С.5-18.

71. Голомб С.У. Тейлор X. Конструкции и свойства массивов Костаса // ТИИЭР. 1984. Т.72. №9. С.44-63.

72. Бобров Д.Ю., Доброжанский А.П., Зайцев Г.В. и др. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных PJIC. Часть 3. // Цифровая обработка сигналов. 2002. №2. С.42-50.

73. Плёкин В.Я., Каменский И.В. Анализ функций неопределенности дискретно-кодированных сигналов//Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1999. Т.42. №6. С.58-66.

74. Кириллов С.Н., Кропотов А.Б., Макаров Д.А. Многокритериальный синтез частотно модулированных сигналов // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1997. Т.70. №3. С. 13-17.

75. Кириллов С.Н., Макаров Д.А. Многокритериальный синтез модулирующей функции фазоманипулированных сигналов, ограниченных по полосе частот // Электросвязь. 1999. №12. С.32-34

76. Зюко В.А. Совместный синтез сигнала и фильтра по минимуму дисперсии ошибки фиксации временного положения сигнала // Радиотехника. 1994. №8. С.57-61.

77. Зюко В.А. Максимизация отношения сигнал-помеха при наличии ограничений для скоростей передачи выше скорости Найквиста // Радиотехника и электроника. 1986. №3. С.640-643.

78. Емельянов П.Б., Парамонов A.A. Дискретные сигналы с непрерывной фазой // Зарубежная радиоэлектроника. 1990. № 12.С. 17-34.

79. Aulin Т., Rydbeck N., Sundberg С. Continuous Phase Modulation. Part II: Partial Response Signaling // IEEE Trans. Comm. 1981. v.com-29. №3. pp.210-225.

80. Возяков C.B., Матюшин O.T. Синтез сигналов с минимальным уровнем внеполосных излучений // Радиотехника. 2002. №3. С. 19-23.

81. Кириллов С.Н., Бодров O.A. Регуляризация решений многокритериального синтеза фазоманипулированных сигналов с непрерывной фазой // Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА. 2000. С. 18-21.

82. Кириллов С.Н., Поспелов A.B. Совместный синтез кодовой последовательности и коэффициентов весового фильтра сжатия для сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Вестник РГРТА, 2003, вып. 12. С.42-44.

83. Каппелини В. и др. Цифровые фильтры и их применение: Пер. с англ./ В. Каппелини, А. Дж. Константинидис, П. Эмилиани. М.: Энергоатомиздат, 1983.360 с.

84. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. Для вузов по спец. «Радиотехника» М.: Высш.шк, 1988. 448 с.

85. Unser М. Splines. A perfect fit for signal and image processing. IEEE Signal Processing Magazine. 1999, № 11, 22-37 pp.

86. Кириллов C.H., Поспелов A.B. Многокритериальный синтез коэффициентов весового фильтра сжатия сигналов с линейной частотной манипуляцией // Изв. вузов. Радиоэлектроника, 2003. №7. С.77-80.

87. Кочемасов В.Н., Белов J1.A., Оконешников B.C. Формирование сигналов с линейной частотной манипуляцией. М.: Радио и связь, 1983. 192 с.

88. Кириллов С.Н., Бодров O.A. Регуляризация решений задачи многокритериального синтеза модулирующей функции фазоманипулированных сигналов // Радиотехника. 1998. №12. С.25-27.

89. Поспелов A.B. Кириллов С.Н. Многокритериальный синтез элементарного импульса сигналов с квадратурной фазовой манипуляцией со смещением для систем радиосвязи // Электросвязь. 2003. №9. С.10-12.

90. Кириллов С.Н., Поспелов A.B. Многокритериальный синтез OQPSK сигналов для систем беспроводной связи // МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций»: Тез. докл. Рязань: РГРТА, 2001. С. 106-107.

91. Поспелов A.B. Синтез сложных OQPSK сигналов для систем телекоммуникации. // В НТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании»: Тез. докл. Рязань.: РГРТА, 2002. С.55.

92. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука. 1974. 832 с.

93. Макаров С.Б., Попов E.A. Влияние параметров передающего тракта на спектральную плотность мощности и помехоустойчивость сигналов при офсетных методах манипуляции // Радиотехника. 1994. № 10. С. 69-72.

94. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации / Под ред. Зюко. М: Радио и связь, 1985. 272 с.

95. Дингес С. И. Мобильная связь: технология DECT. M.: COJIOH-Пресс, 2003. 272 с.

96. HPSK Spreading for 3G, Application Note 1335, literature number 5968843 8E.

97. Дерновский А.П. Обобщенная классификация сигналов с непрерывной фазой // Радиотехника, 1994.№2.С.41-47.

98. Бодров O.A., Поспелов A.B. Методы улучшения спектральных характеристик частотно-манипулированных сигналов с непрерывной фазой // ВМНТК студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика -2000". Тез. докл. М.: МИЭТ, 2000 С.272-273.183

99. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Сов.радио, 1996. 678с.

100. Козлов В.Г. Преобразование спектра частотно-манипулированных сигналов в системе фильтр-нелинейный усилитель // Радиотехника. 1994. № 10. С.66-68.

101. Соколинский В.Г. Энергетический спектр ФМ и АФМ сигналов при ограничении полосы в цепи модуляции и нелинейности тракта. Радиотехника. 1994. №12. С.48-50.

102. ИЗ. Бобров Д.Ю. и др. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных РЛС. Часть 1 // Цифровая обработка сигналов, 2001, №4, С.2-11.

103. Бобров Д.Ю. и др. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных РЛС, часть 2 // Цифровая обработка сигналов, 2002, № 1, С. 28-39.

104. Вайдьянатхан П. П. Цифровые фильтры, блоки фильтров и полифазные цепи с многочастотной дискретизацией: Методический обзор // ТИИЭР. 1990. т. 78. №3. С.77-119.

105. Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.:Радио и связь. 1993.240с.

106. Витязев В.В., Зайцев A.A. Оптимальное проектирование многоступенчатых структур фильтров-дециматоров на сигнальных процессорах // Цифровая обработка сигналов, 2001. №2. С. 2-9.

107. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов. М.: Радио и связь. 1985.312 с.

108. Применение цифровой обработки сигналов. Пер. с англ. / Под ред. Э. Оп-пенгейма. М.: Мир, 1980. 552 с.

109. Справочник по гидроакустике / Под ред. Колесникова А.Е. Л.: Судостроение. 1982. 340 с.

110. Белянкин P.B. и др. Медицинское портативное ультразвуковое диагностическое устройство на базе модуля ЦОС типа ADP62/670E // Цифровая обработка сигналов. 2001. №3. С.19-24.

111. Жданкин В. К. Ультразвуковые датчики для систем управления // Современные технологии автоматизации. 2003. №1. С.68-79.

112. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. T.III. Обработка сигналов в радио- и гидролокации и прием случайных гаусовых сигналов на фоне помех. М.: Сов. радио, 1977. 664 с.

113. Поспелов A.B. Оценка влияния искажений в канале передачи информации на характеристики дискретных сигналов // ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании»: Тез. докл. Рязань.: РГРТА, 2003.С.62-63.

114. Лапицкий Е.Г. и др. Расчет диапазонных радиопередатчиков. Л.: Энергия, 1974. 270 с.

115. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989. 448с.

116. Бехар В., Кабакчиев X. Алгоритмы цифровой демодуляции ЛЧМ сигналов // Цифровая обработка сигналов. 2001. №2. С.25-31.

117. Ланнэ A.A., Шаптала B.C. Синтез преобразователей Гильберта // Цифровая обработка сигналов. 2002. №2. С.23-25.

118. Агарвал Р., Баррас С. Теоретико-числовые преобразования для быстрого вычисления цифровой свертки // ТИИЭР, 1975, Т.63 , №4, С.6-44.

119. Соловьев А.Г. Тракт цифровой обработки сигналов когерентной им-пульсно-доплеровской РЛС // Цифровая обработка сигналов, 2000. № 2. С. 2-5.

120. Виноградов А.Б., Борисов A.A. Двухканальный ультразвуковой расходомер жидкости // Датчики и системы. 2003. №6. С. 15-17.

121. Прозоров М.А. Акустические счетчики жидкости АС-001 // Датчики и системы. 2002. №6. С.35-37.

122. Прозоров М.А. Ультразвуковые счетчики газа «Гобой-1» // Датчики и системы. 2002. №7. С.50-53

123. Жмылев А.Б. и др. Испытание нового ультразвукового уровнемера «ВЗЛЕТ УР» //Измерительная техника. 2003. №2. С.70-72.137.3ахаров В.Л. Выбор параметров многошкальных прецизионных радиовысотомеров // Радиотехника. 1994. №6. С.44-49.

124. Nikias, C.L. and R. Pan, "Time delay estimation in unknown Gaussian spatially correlated noise", IEEE Trans. ASSP, Vol. 36, pp. 1706-14, Nov.1988.

125. Кириллов C.H. Увеличение разрешающей способности по времени сигналов с ограниченной полосой частот // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1983. т.26. №4. С. 100-102.

126. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программированию на языке бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука. 1987. 240 с.

127. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Изд. физико-математической лит. 1960. 660 с.

128. Солохина Т. и др. Мультикор-12з сигнальный контроллер с плавающей точкой для высокоточных встраиваемых применений // Chip News. Инженерная микроэлектроника. №8 (81). 2003. С. 4-15.

129. Витязев В.В. Texas Instruments: Новые разработки DSP // Цифровая обработка сигналов. №1. 2002. С.52-55.144.8-bit Microcontroller with 128К bytes in-system programmable flash ATmegal03(L) Preliminary. Rev. 0945F-11/00.

130. Жучков К. и др. Сравнительный анализ производительности процессоров для задач цифровой обработки сигналов // Chip News. Инженерная микроэлектроника. №8 (81). 2003. С. 26-29.

131. Gopinath R.A., Burrus C.S. Unitary FIR filter banks and symmetry. Submitted to IEEE Trans, in Circuits and System. Sept. 1992.

132. Фурман Я.А., Кревецкий A.B. Обеспечение нулевого уровня боковых лепестков при сжатии слабо ограниченных по классам сигналов // Радиотехника. 2002. №3. С.9-18.

133. Плекин В .Я., Нгуен Т.Х. Формирование функции неопределенности дис-ретно-кодированных по частоте сигналов с заданными свойствами // Радиоэлектроника. 2004. Т.47.№ 1 -2.С.З-12.