автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка и исследование алгоритма обнаружения широкополосных сигналов в декаметрвоом канале связи

На правах рукописи

БОГДАНОВ Алексей Александрович

УДК 621.396

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОБНАРУЖЕНИЯ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ В ДЕКАМЕТРОВОМ КАНАЛЕ СВЯЗИ

Специальность 05.12.13 «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» (ИжГТУ)

Научный руководитель

доктор технических наук, заслуженный деятель науки Удмуртской Республики, профессор И. 3. Климов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А. И. Мурынов, г. Ижевск

кандидат технических наук В. Н. Милич, г. Ижевск

Ведущая организация:

Томский государственный университет систем управлении и радиоэлектроники

Защита состоится 19 декабря 2006 г. в 14 часов

на заседании диссертационного совета К 212.065.01 при ИжГТУ по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7. -

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Автореферат разослан 17 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

канд.техн. наук, доц.

В. Н. Сяктерев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Большое значение в совершенствовании систем передачи информации в декаметровом канале связи имеют исследования, связанные с использованием новых видов сигналов, получивших названия: сложные, широкополосные, многомерные, шумоподобные.

Использование широкополосных сигналов (ШПС) в отличие от простых сигналов при построении систем передачи информации позволяет реализовать следующие возможности:

- инвариантность к различным типам аддитивных помех, действующим в полосе полезного сигнала;

- суммирование мощностей лучей многолучевого сигнала благодаря разделению лучей по времени прихода;

- обнаружение с высокой достоверностью в условиях, когда мощность аддитивных помех существенно превышает мощность полезного сигнала, причем может существенно меняться тип действующих аддитивных помех;

- организация передачи дополнительной дискретной информации по каналам связи, занятым передачей других сообщений;

- ограничение несанкционированного доступа в канал связи.

Однако основные достоинства ШПС к настоящему времени не реализованы. Это связано с тем, что широко известные способы передачи информации ортогональными сигналами при больших значениях базы характеризуются высокими затратами на аппаратную реализацию приемной части и высоким уровнем потерь на обработку, нейтрализующим значительную часть преимуществ данного класса сигналов. В отечественной и зарубежной научной литературе (Варакин Л.Е., Немцовский A.C., Петрович Н.Т, Размахнин М.К., Пестряков В.Б., Окунев Ю.Б., Тузов Г.К., Семенов A.M., Сикарев A.A., Найквист Р., Шеннон К., Хемминг Р., Прокис Дж., Во-зенкрафт Дж.М.) подробно рассмотрены задачи приема ШПС при воздействии нор-' мальной гауссовой помехи. Однако влияние мощных сосредоточенных в узкой полосе помех (характерные помехи для КВ-канала) на прием широкополосных сигналов рассмотрены недостаточно подробно. >

Известная реализация устройств приема ШПС предусматривает перемножение радиосигналов с преобразованием частоты. Перемножение двух широкополосных радиосигналов приводит к существенным потерям. Кроме того, возникают серьез-. ные проблемы с организацией управления задержкой образцов при реализации дискриминатора рассогласований. В целом известный вариант реализации коррелятора характеризуется высокой технической сложностью и значительным уровнем потерь.

Таким образом, задача разработки эффективных алгоритмов обнаружения широкополосных сигналов в декаметровом канале связи, подверженных -действию мультипликативных и аддитивных помех с неравномерным энергетическим спектром, является актуальной для обеспечения надежной связи.

Объектом исследования являются системы передачи информации сигналами со сложной структурой, работающие в декаметровом канапе в условиях сильных интерференционных замираний при наличии сосредоточенных по спектру аддитивных помех большой мощности.

Предметом исследования являются алгоритмы обнаружения сложных сигналов в декаметровом канале связи при воздействии мешающих факторов КВ-канала.

Цель и задачи работы. Целью работы является разработка эффективного алгоритма обнаружения сигналов, подверженных влиянию мультипликативных й станционных помех большого уровня в декаметровом диапазоне радиоволн, иссле-" дование численных значений показателей качества разработанного алгоритма и разработка программно-аппаратных средств, реализующих предложенный алгоритм ' обнаружения. ;

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Разработка алгоритма обнаружения ШПС в декаметровом канале связи. .

2. Определение численных показателей качества разработанного алгоритма обнаружения.

3. Разработка имитационной модели системы передачи информации в КВ-канале широкополосными сигналами при наличии аддитивных и мультипликативных помех.

4. Исследование разработанного алгоритма обнаружения методом имитационного моделирования.

5. Проведение трассовых испытаний с целью проверки результатов теоретических исследований.

Методы исследования. Поставленные задачи решались аналитическими методами и имитационным моделированием. При разработке и анализе алгоритма обнаружения ШПС применялись методы теории вероятностей, математической статистики и теории марковских процессов. Достоверность результатов, полученных в процессе теоретического исследования, подтверждена компьютерным моделированием процесса обнаружения ШПС и трассовыми испытаниями.

Научная новизна работы:

- разработан алгоритм обнаружения ШПС, ориентированный на использование цифровой обработки;

- для разработанного алгоритма обнаружения ШПС в декаметровом канале получены численные значения показателей качества работы;

• исследовано влияние динамического диапазона смеси сигнала и помех на входе приемного устройства на характеристики качества приема;

- точность аналитических расчетов и высокая эффективность разработанного алгоритма подтверждена имитационным моделированием системы обнаружения ШПС;

- Основные теоретические предпосылки, положенные в основу программно-аппаратных средств, реализующих разработанный алгоритм обнаружения ШПС, подтверждены результатами проведения трассовых испытаний.

Практическая ценность. Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, позволяют: .

- разработать программно-аппаратные средства для обнаружения ШПС, подверженных влиянию мультипликативных и станционных помех большого уровня в декаметровом канале связи;

- организовать передачу дополнительной дискретной информации по дека-метровым каналам связи, занятым передачей других сообщений; ь

- обеспечить работу системы в условиях сильных интерференционных замираний, обусловленных многолучевым характером распространения;

- обеспечить инвариантность систем передачи информации к аддитивным помехам, мощность которых существенно превышает мощность полезного сигнала;

- использовать разработанный алгоритм обнаружения ШПС для построения систем передачи информации с повышенной скрытностью.

Основные результаты работы, выносимые на защиту;

- алгоритм обнаружения ШПС в загруженном канале связи, ориентированный на использование цифровой обработки принятой композиции сигнала и помех;

- результаты исследования влияния аддитивных помех большого уровня с неравномерным энергетическим спектром на основные показатели качества работы алгоритма обнаружения ШПС в декаметровом канале;

- компьютерная модель системы передачи информации ШПС в загруженном канале связи и результаты моделирования алгоритма обнаружения при отношениях мощностей сигнала и помех до минус 10 дБ; *

- результаты трассовых испытаний разработанного алгоритма обнаружения ШПС.

Реализация результатов. Результаты исследования использованы в НИОКР ОАО «Сарапульский радиозавод» и в учебном процессе кафедры «Радиотехника» по дисциплине «Радиотехнические системы».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:

- на IV Международной научно-технической конференции (Ижевск, 2003)

- на X Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 2004),

- на XXI Военно-научная конференция (Москва, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 1 статья в научно-техническом сборнике, включенном в перечень научных журналов, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 195 страницах печатного текста. Основной текст занимает 144 страницы, приложения - 51 страницу. Работа содержит 20 рисунков и 10 таблиц. Список литературы состоит из 132 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведен анализ публикаций по теме диссертации, обоснованы актуальность, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований. . 1

В первой главе проведен анализ особенностей использования ШПС в декаметровом канале связи и основных вероятностно-временных характеристик КВ-канала связи. Известные методы приема ШПС основаны на применении согласованных фильтров или корреляторов. В силу особенностей автокорреляционной функции ШПС (длительность основного пика в базу раз меньше длительности самого сигна-

ла) начальная неопределенность по задержке передаваемого сигнала (0...Т), как правило, существенно превышает ширину дискриминационной характеристики (ДТ) устройства слежения за задержкой. Поэтому для устранения начальной неопределенности требуется специальная процедура вхождения в синхронизм. Такая процедура должна обеспечивать совмещение демодулирующей и модулирующей последовательностей по времени с точностью, обеспечивающей работу системы слежения за задержкой.

Известный вариант реализации коррелятора характеризуется высокой технической сложностью и значительным уровнем потерь. Поэтому снятие широкополосной модуляции (демодуляцию по ШПС) предложено реализовать без применения перемножения сигналов и без переноса частоты. Задача решена на основе использования такого метода демодуляции, в котором в качестве образца ШПС применяется непосредственно манипулирующая последовательность. Разработанный метод снятия широкополосной модуляции позволил не только устранить потери, характерные для перемножителей, но и осуществить реализацию схемы демодуляции и синхронизации по задержке в виде дискретного устройства, выполняемого на элементах с высокой степенью интеграции. Функциональная схема разработанного устройства устранения начальной неопределенности по задержке представлена на рис. 1.

т_

x{t)

D>

гг

К1

К2

ГМП

КЗ

СФ1 СФ2 СФЗ

д

д

д

БУ

t

ПОС

So(t) -*о

Рис. 1. Функциональная схема устройства обнаружения (1 канал)

Здесь преобразуемый сигнал через усилитель с прямым и инверсным выходами подается на иходы трех коммутаторов (К1...КЗ). На управляющие входы коммутаторов, через цепь дискретных задержек, подается манипулирующая последовательность {d„} с генератора манипулирующей последовательности (ГМП). Выходы коммутаторов нагружены' на" селективные фильтры (СФ), полоса пропускания которых соответствует полосе, занимаемой простым сигналом S0(t). С выходов фильтров сигнал через детекторы поступает на пороговый обнаружитель сигнала (ПОС). С выхода обнаружителя сигнал поступает на блок управления (БУ) сдвигом образца сигнала в генераторе манипулирующей последовательности. Устройство вычитания служит для поддержания синхронизации, т.е. для устранения остаточного рассогласования. V

Для исследования влияния КВ-канала и параметров процедуры поиска на характеристики обнаружения сигнала получено следующее выражение для средней вероятности пропуска сигнала от параметров процедуры поиска:

2 °

£>= 1 -

Т[П<#Ш •

(1)

где у— относительное значение шага поиска; 1) — число шагов поиска (левая половина АКФ); 12 — число шагов поиска (правая половина АКФ); А Г - односторонняя ширина основного пика АКФ ШПС; Д/т - рассогласование в интервале основного пика АКФ ШПС; Д/, — остаточное рассогласование; - интеграл вероятности, находится численным определением интеграла:

Q(h> ;«„)= Jxexpj--

1 +2й2

I0(-j2hx)dx,

-2(l + g|)lnF i + ЙО-Л) |Af

h2 =A2 1-

Д T

WsEL

(2)

(3)

(4)

(5)

Здесь hi2 — отношение сигнал/помеха (далее с/п) в луче после деманипуляции; F— вероятность ложного обнаружения; q/ — отношение с/п на входе приемника; Цх — доля луча в суммарном информационном сигнале; Дг— остаточное рассогласование.

На рис. 2 приведены зависимости вероятности пропуСка(1) сигнала для различных параметров процедуры поиска от отношения с/п в отклике.

Результаты расчетов показывают, что влияние параметров на среднюю вероятность пропуска существенно различается. Наиболее сильное влияние на величину этой вероятности оказывает отношение с/п h\, характеризующее отклик при нулевом рассогласовании по задержке. Величина отношения с/п q? на входе приемника и вес луча /в суммарном сигнале относительно слабо влияют на величину вероятности пропуска. Относительное значение шага поиска у оказывает существенное влияние на качество обнаружения сигнала. Уменьшение у с 1 до 0.5 снижает требуемое, при заданном уровне вероятности пропуска, отношение с/п в согласованном отклике при F = 0.05 на 2 дБ для qs2 = —5 дБ и на 2.3 дБ для q,3 = -10 дБ. При F= 0.01 снижение требуемого отношения в отклике практически не зависит от отношения с/п на входе и составляет 1.8 дБ.

s

- ---

Мх 1 1/3 1 1/3

У 1 1 1/2 1/2

o.oi

o.ooi

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V0 11 12

ЬЛдЕ

Их - доля луча в суммарном сигнале,

у- величина относительного шага поиска, д/ - отношение с/п на входе приемника,

/•■— задаваемая вероятность ложных тревог.

Рис J.3îibhcïimoci ь средней вероятности пропуска сигнала от отношения с/п после де-маиипуляции при q,' = -5 дБ и F — 0.05

Таким образом, :ia счет уменьшения шага поиска можно существенно повысить качество обнаружения сигнала. Однако уменьшение шага поиска ведет к росту времени поиска. Так как пропуски сигнала также приводят к увеличению времени поиска, то снижение вероятности пропуска за счет уменьшения шага поиска будет ограничено некоторым пределом, ниже которого уменьшение шага будет нецелесообразным. Для определения границы уменьшения шага поиска исследованы статистические характеристики процесса поиска. Процесс последовательного поиска, осуществляемого пошаговым сдвигом по оси времени демодулирующей последовательности, приводит к формированию потока решений, содержащего правильные и ошибочные решения. Чтсбы ложные обнаружения не привели к продолжительной работе селектора луча в р ежиме слежения за аддитивной помехой, необходимо разработать процедуру анализа последовательности решений по обнаружению сигнала, обеспечивающую достаточно быстрое распознавание ложных обнаружений. Кроме того, такая процедур! должна обнаруживать потерю выделяемого луча при измене, нии структуры многолучевости в канале связи.

Для решения этой задачи предоожено использовать процедуру, основанную на аннулировании (сбросе) обнаружения, если в последовательности из m проверок все решения об эбнаруж;нии оказались ложными. Если потребовать выполнение условий F « 0,5, D ~ 1, то такая процедура будет характеризоваться малой длительностью времени пребывания в состоянии ложного обнаружения и устойчиво сопровождать выделенный луч. Необходимо также, чтобы выполнялось требуемое соотношение между средним временем сопровождения ложного и правильного обнаружения.

Процесс выполнения такой процедуры представлен в виде простой цепи Маркова. Диаграмма состояний устройства принятия решений представлена на рис. 3 (при работе по потоку ложных обнаружений р = Р, при работе по потоку решений, относящихся к правильному обнаружению сигнала ц - В).

В процессе обнаружения производится ряд последовательных проверок, решения по которым носят статистический характер. Ложные обнаружения Рис. 3. Диаграмма состояний устройства принятия приводят к кратковременному решения переходу на выделение луча,

пока описанный алгоритм сброса не приведет к принятию решения о потере луча и переходе к дальнейшему поиску. Таким образом, ложные обнаружения приводят к затягиванию процедуры поиска. Ошибки при обнаружении сигнала на временных сдвигах, соответствующих наличию луча, приводят к тому, что процедура поиска уходит в дополнительный цикл. Все это способствует тому, что время устранения начальной неопределенности (поиска луча) является случайной величиной.

Для среднего числа шагов поиска сигнала получено выражение

(6)

где О — средняя вероятность пропуска сигнала; Р— вероятность ложных обнаружений; Л^ — максимальное число шагов поиска; Тф — среднее число шагов определения ложного обнаружения, вычисляется по формуле

1-9"

Р-да

(7)

здесь т — параметр алгоритма сброса.

На рис. 4 приведены зависимости нормированного среднего числа шагов поиска от вероятности ложных обнаружений Р, при параметре алгоритма сброса обнаружения от =8. ,г -

Анализ полученных результатов показывает, что уменьшение шага поиска в два раза снижает относительного значения времени поиска, что эквивалентно увеличению отношения с/п на 2 дБ. Однако это приводит к двукратному росту максимального числа шагов поиска и тем самым не приводит к существенному улучшению средних характеристик процедуры обнаружения.

ТР

Т = — нормирован-

ное среднее число шагов поиска, Их— доля луча в суммарном сигнале, а? -отношение с/п на

- Р

г входе приемника,

0.1 й/- отношения с/п после

-8, у=1 —"—8, у=0.5 деманипуляции.

¡0. —Ю, г=0.5

....... 12, у=1 12, ч=0.5

Рис. 4. Зависимости нормированного среднего числа шагов поиска от вероятности ложных обнаружений

Кроме того, процесс поиска характеризуется наличием такого значения вероятности ложных обнаружений, при котором обеспечивается минимальное среднее число шагов поиска. Следовательно, необходимо устанавливать при обнаружении порог, обеспечивающий вероятность ложных тревог Р = 0.05. При этом среднее время поиска достигнет минимального значения.

Во второй главе проведено исследование характеристик оконечного решающего устройства. Исследования проводились для приема одного луча, приема двух и более лучей с одинаковой мощностью. Для анализа показателей качества приема информационной последовательности рассмотрены два вида модуляции: однократная (ООФТ) и двукратная (ДОФТ) относительная фазовая телеграфия.

При однолучевом распространении сигнала фаза вектора, представляющего отсчет результата измерения разности фаз смежных посылок, представленных аддитивной смесью сигнала и помехи, имеет распределение, соответствующее распределению разности фаз векторов с независимыми нормальными ортогональными компонентами. Математическое ожидание компонент векторов определяется информационным сигналом и сдвигом частоты сигнала, а дисперсия - аддитивной помехой.

При приеме группы лучей равной мощности суммирование отсчетов лучей, на уровне разностных • компонент лучей, сопровождается нормализацией распределения составляющих вектора, представляющего суммарный сигнал. Все остальные варианты реализаций возможной структуры многолучевости относятся к состояниям канала связи, являющимся промежуточными по отношению к упомянутым состояниям. Поэтому характеристики оконечного решающего устройства определены в виде интервалов, границы которых определяются значениями характеристик, соответствующих основным вариантам состояния канала.

На рис. 5 показана диаграмма процесса возникновения ошибок при приеме элементов последовательности дискретной информации вследствие влияния ошибок измерения разности фаз при приеме сигналов ДОФТ.

Рис. 5. Диаграмма процесса возникновения ошибок измерения разности фаз

Следует заметить, что, если рассматривать суммарные значения разностей фаз, являющиеся суммой информационной составляющей фазы и ошибки, вызванной действием помех, то влияние информационной составляющей выражается в повороте диаграммы, представленной на рисунке 5, на угол, соответствующий информационной составляющей фазы. Поэтому информационная составляющая не влияет на процесс возникновения ошибок, и достаточно рассматривать лишь ошибки измерения разности фаз.

Область реализаций фазовых ошибок, в части влияния на прием бита, для

сигнала с ДОФТ делится на 3 типа. Интервал первого типа включает реализации ОШИ69К измерения разности фаз, не влекущие появления ошибок при приеме. Два интервала второго типа включают реализации ошибок измерения разности фаз, которые приводят к ошибкам в приеме кодового символа ДОФТ, сопровождающимся ошибочным приемом одного бита информации из двух бит, содержащихся в кодовом символе ДОФТ. Для интервала третьего типа характерен ошибочный прием обеих битов ДИ, содержащихся в кодовом символе ДОФТ.

Общая ошибка измерения разности фаз складывается из ошибки вследствие действия аддитивных помех и фазового сдвига во, вызываемого сдвигом частоты сигнала ДОФТ. Поэтому вероятность ошибочного приема бита при использовании сигнала ДОФТ, может быть определена через интегральную функцию распределения ошибок измерения разности фаз, обусловленных действием аддитивных помех, следующим образом:

,(8)

т*

л

При приеме сигналов с ООФТ область реализации фазовых ошибок делится на два интервала осью У, а оценка содержит один бит информации:

(9)

где в0 - фазовый сдвиг; Ф(0) - интегральная функция распределения модуля фазовой ошибки.

При использовании эффективных процедур нейтрализации факторов, влияющих на фазовые сдвиги векторных отсчетов, формирующих решающую статистику, характеристики рконечного решающего устройства определяются полученными зависимостями при значениях в0 = 0.

На рис. 6 представлены зависимости вероятности ошибок приема бита информации от отношения с/п после деманипуляции, полученные для различных вариантов многолучевости при во = 0.

Анализ зависимостей вероятности ошибок приема бита информации при в0 = 0, для исследованных вариантов многолучевости показывает, что для ООФТ интервал изменения характеристик (2,3 дБ) существенно больше, чем для ДОФТ (0,72 дБ) при уровне вероятности ошибок 10"4. Переход от однолучевого

Ьх,дБ

_ Верхний предел многолучевого приема ДОФТ _ Двухлучевой прием ДОФТ "" Однолучевой прием ДОФТ "■*"■ Верхний предел многолучевого приема ООФТ --«-- Двухлучевой прием ООФТ —и— Однолучевой прием ООФТ

■ Рис. 6. Зависимости вероятности ошибок приема бита информации от отношения с/п в. отклике для различных вариантов многолучевости

сигнала к двулучевому для ООФТ приводит к значительному смещению (1,4 дБ) характеристики. Для ДОФТ характеристика практически не изменяется.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что возможность получения текущей оценки отношения сигнала к помехе в системе обнаружения ШПС может быть использована для определения достоверности приема информации с высоким качеством оценок во всем диапазоне многолучевости лишь для сигнала ДОФТ. Поэтому дальнейшие исследования проведены для случаев использования сигналов ДОФТ.

Сложение сигналов отдельных лучей можно выполнить двумя способами: сум-ванием разностных компонент, содержащих информацию о разности фаз ных кодовых посылок, или суммированием откликов, то есть до вычисления разностных компонент. Сравнительный анализ обоих вариантов показал, что сложение разностных компонент не существенно отличается от сложения откликов. Однако сложение разностных компонент более предпочтительно, так как обеспечивает более простую реализацию слежения за сдвигами частот лучей и сложения сигналов лучей. Поэтому в дальнейших расчетах использован вариант сложения разностных компонент лучей.

В третьей главе проведен анализ влияния погрешностей преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму на качество обнаружения ШПС. Согласование

миро смеж

динамического диапазона аддитивной композиции ШПС и помех с устройствами преобразования в цифровую форму может выполняться двумя способами: с помощью автоматической регулировки усиления (АРУ) и с помощью жесткого ограничения уровня сигнала.

При использовании АРУ для ограничения динамического диапазона сигналов лучей необходимо в качестве весовых коэффициентов лучей использовать параметры, определяющие отношение с/п в устройстве обработки сигнала отдельного луча. Статистический характер оценок отношений с/п приводит к погрешностям в определении весовых коэффициентов. Следствием погрешностей определения весовых коэффициентов является отклонение от оптимального режима сложения лучей. Потери, вызванные ошибками определения весовых коэффициентов, могут быть охарактеризованы средним значением коэффициента использования мощности суммируемых луЧей:

(10)

где <1 — номер луча; й/ — отношение с/п после деманипуляции; ар — параметр рецир-кулятора, обеспечивающего сглаживание оценок; Л — число лучей; цк — доля луча в • суммарном сигнале, задана в виде:

(П)

где Ъ% - отношение с/п суммарного сигнала;

:(12)

здесь / — параметр неравномерности распределения мощности сигнала по лучам.

На рис. 7 приведены зависимости потерь суммирования лучей от параметра неравномерности / распределения мощности сигнала по лучам для различных параметров, при использовании АРУ для ограничения динамического диапазона входной смеси сигнала и помех, л/. ДБ_ _

□-----о—-g—.-Q^.J

------ ---- --- -X- -е-

h ¿.дБ 20 40 109 20 40 100

L 4 4 4 8 8 8

hi — суммарное отношение с/п,

L - количество лучей.

0 2 0 33 0.49 0.59 0.72 0.85

Рис. 7. Зависимости потерь суммирования лучей (а,, = 0.!>)

Анализ результатов расчетов позволяет сделать следующие выводы: -потери возрастают с увеличением числа суммируемых лучей. Уменьшение суммарного отношения с/п и параметра рециркуляции также приводит к росту рассматриваемой составляющей потерь.

-на характер зависимости потерь от параметра неравномерности / распределения' мощности сигнала по лучам существенное влияние оказывают как величина суммарного отношения с/п, так и параметр рециркулятора.

-выбор объема регистра рециркулятора позволяет ограничить потери сверху величиной меньше 0.1 дБ.

При амплитудном ограничении ДОФТ сигналов прием реализуется по первой гармонике несущей частоты, так как первая гармоника ограниченного по амплитуде узкополосного случайного процесса сохраняет информацию о фазе исходного процесса полностью. Это позволяет стабилизировать характеристики последующих подсистем обработки.

Для реализации оптимального суммирования лучей с использованием жесткого ограничения исходных узкополосных процессов, представляющих аддитивную смесь сигнала луча и помехи, необходимо располагать цифровыми отсчетами модуля исходного процесса. Мощность исходного процесса, получаемого с выхода селектора луча, может изменяться в широких пределах. Процесс демодуляции сигнала луча сопровождается резким изменением соотношения мощностей его составляющих. На входе селектора луча доминирует аддитивная помеха, а на выходе селектора доминирующим является полезный сигнал, мощность которого зависит от изменяющегося, в широких пределах, коэффициента передачи канала связи. Требования к АЦП в этом случае определяется исходя из анализа влияния ошибок цифрового представления на качество оптимального суммирования.

Качество суммирования лучей определяется статическими характеристиками относительной ошибки в определении весовых коэффициентов. Задача установления зависимости между параметрами АЦП, сигнала и статическими характеристиками относительной ошибки весовых коэффициентов решена на основе использова-> ния приближенных численных методов. Для определения влияния ошибок вычисления весовых коэффициентов лучей на качество их сложения получено значение коэффициента использования мощности сигнала через моменты распределения ошибок определения этих коэффициентов:

1 (13)

Я V, ) ««я

*г т

где <г* — дисперсия ошибки определения весовых коэффициентов; >■ — среднее значение ошибки определения весовых коэффициентов.

На рис. 8 приведены зависимости потерь суммирования лучей с использованием квантованных отсчетов модулей откликов при разрядности АЦП т = 4 при использовании жесткого ограничения уровня сигнала.

Расчеты показали, что наиболее сильное влияние на величину потерь оказывает разрядность АЦП. Потери возрастают при увеличении отношения с/п, задающего уровень ограничений, росте числа суммируемых лучей, уменьшении отношения с/п суммарного сигнала и снижении разрядности АЦП. Незначительный уровень потерь (не более 0.05 дБ) достигается при разрядности АЦП т = 6 для интервалов: 16-^-23 дБ по параметру ограничения, 13-46 дБ по суммарному отношению с/п, до 8 суммируемых лучей. Рассмотренные интервалы отношений с/п соответствуют энергетиче-

ским. параметрам системы передачи информации, в которой в качестве простого сигнала используется ДОФТ.

-- —.. --- ---

hJ.dE 200 200 40 40

И/,дБ 20 40 20 40

hm — максимальное отношение с/п, Ai2 — суммарное отношение с/п.

"0.2 0.33 0.46 0.59 0.72 0.85 1 - ;

Рис. 8. Зависимость потерь суммирования лучей с использовинием ква нтованных отсчетов модулей откликов (т 4)

Суммирование лучей может быть выполнено с использованием в качестве весовых коэффициентов отсчетов квадрата модуля вектора сигналов лучей, поступающих на ограничители. На рис. 9 представлены зависимости потерь от параметра распределения (мощности сигнала по лучам. 7,\дБ

- --- ---

hJ.dE 200 2()0 40 40

И/.дБ 20 40 20 40

hm1 — максиматьное отношение с/п,

hx — суммарное отношение с/п.

0.33 0.46 0.59 0.72 0 «5 1

Рис. 9. Зависимости потерь суммирования лучей с использовинием ква нтованных отсчетов квадратов откликов (т ~ 4)

Зависимости построены для ряда дискретных значений верхней границы диапазона, суммарного отношения с/п, числа значащ их разрядов Л ЦП и числа суммируемых лучей. Результаты расчетов показывают, что:

- при использовании в качестве весовых коэффициентов цифровых отсчётов квадратов модулей уровень потерь существенно выше, чем при определении весовых коэффициентов через цифровые отсчеты модулей........:

- увеличение разрядности цифрового представления отсчетов позволяет снизить потери только до определенного уровня, величина которого зависит от суммарного отношения с/п и числа суммируемых лучей. Уровень неустранимых за счет увеличения разрядности АЦП потерь возрастает при уменьшении суммарного отношения с/п и росте числа суммируемых лучей. Данный уровень характеризует составляющую потерь, которая определяется погрешностью определения весовых коэффициентов через квадраты модулей откликов.

• В четвертой главе изложены результаты разработки компьютерной имитационной модели системы передачи информации в КВ-канале связи, решена задача имитационного моделирования разработанного алгоритма обнаружения ШПС и приведены результаты моделирования.

Основной задачей имитационного моделирования является проверка разработанного алгоритма обнаружения ШПС на соответствие характеристик качества обнаружения расчетным значениям. В процессе моделирования учтены основные факторы; влияния КВ-канала на процесс обнаружения: аддитивные и мультипликативные Помехи; многолучевой характер распространения сигналов; ограничения разрядности цифровых устройств обработки сигналов.

Компьютерная модель системы передачи информации ШПС является программной реализацией следующей совокупности процедур:

- имитация исходного потока дискретной информации (ДИ);

- преобразование потока дискретной информации в последовательность посылок ДОФТ, являющихся носителями информации;

- преобразование последовательности посылок ДОФТ в широкополосный сигнал с заданным значением базы и законом формирования;

- формирование сигнала, получаемого из исходного, вследствие действия многолучевого характера распространения сигналов в декаметровом диапазоне;

. - имитация мультипликативных помех, оказывающих существенное влияние на прием ДИ;

- формирование аддитивной помехи, воспроизводящей характеристики основных видов помех данного типа;

- ограничение спектра ШПС фильтрами радиотракта;

г получение аддитивной смеси, поступающей на вход схемы реализации приема ДИ, с заданными энергетическими параметрами;

ь преобразование аддитивной смеси селекторами лучей в разделенные по времен^ прихода сигналы ДОФТ лучей;

- формирование решающей статистики с оптимальным сложением сигналов лучей;

- преобразование решающей статистики в последовательность решений по посылкам ДОФТ;

- преобразование последовательности решений по кодовым посылкам в решения по элементам последовательности ДИ.

Исходным информационным сигналом, подаваемым на вход передающего устройства, является последовательность случайных равновероятностных двоичных символов 0 и 1 либо псевдослучайная последовательность большой длины. Обе последовательности обеспечивают воспроизведение статистических характеристик ре-

альных потоков ДИ. Сигнал с заданным значением базы и законом формирования получен путем фазовой манипуляции по закону псевдослучайной последовательности, наложенной на информационный сигнал. Мультипликативные помехи, представляющие собой нестабильности частот задающего генератора, учтены при формировании сигнала луча путем добавления случайной составляющей фазы.

Для отражения естественного разнообразия типов аддитивных помех, действующих в широкополосном канале связи, аддитивная помеха определена в виде суммы помех от трех источников: широкополосной (шумовой), сосредоточенной и гармонической. Спектр сосредоточенной помехи занимает полосу частот, сопоставимую с полосой, занимаемой сигналом ДОФТ. Формирование аддитивной смеси с заданными характеристиками реализуется использованием двух последовательных вычислительных процедур. Последовательность отсчетов многолучевого сигнала сначала преобразуется фильтром ШПС, аналогичным фильтру формирования отсчетов широкополосной помехи. Полученные на выходе фильтра сигнала отсчеты суммируются с отсчетами аддитивной помехи таким образом, чтобы обеспечивался заданный уровень отношения с/п и заданный уровень мощности суммарного сигнала. Для этого выполняется взвешенное суммирование элементов последовательностей отсчетов. Моделирование процесса обнаружения представляло собой имитацию работы системы обнаружения, реализующей предложенный алгоритм.

Для оценки показателей качества разработанного алгоритма обнаружения ШПС с достаточным уровнем точности формировались выборки принятых решений по1 обнаружению. На рис. 10 приведены зависимости вероятности правильного обнаружения от отношения с/п для различных значений задаваемой вероятности ложных ~ тревог.

Проведенное имитационное моделирование подтвердило теоретические результаты. Для рабочего интервала отношений с/п на входе приемного устройства (до минус 10 дБ) максимум вероятности правильного обнаружения наблюдается при величине порога, обеспечивающей вероятность ложных тревог, равной 0,01.

Разработанные алгоритмы формирования и обработки сигналов использованы при создании программно-аппаратных средств. Проведены трассовые испытания разработанных средств.

1

0,99 0,96 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91

_ ф

ЯШ __в..

ч —

-Л— —=

~4 и—

•14

-12

—0— F=0.05 -G-K03 -fr-F«0,01 —О—F=0,008 -#-F=0,005 Рис. 10. Зависимости вероятности правильного обнаружения от отношения с/п q, на входе

приемника

Испытания проводились в форме сеансов связи, во время которых производилась передача радиограмм. Параллельно, для сравнения, проводились сеансы связи штатных систем передачи информации. Условия проведения испытаний в обоих случаях одинаковые: применялись одинаковые антенные устройства, передавались одинаковые радиограммы (длительностью 2 минуты), одинаковые трассы испытаний. Испытания проведены на трассах длиной 1300 и 2200 км. Результаты показали,

что применение ШПС и разработанного алгоритма' приема существенно улучшает

качество приема по сравнению со штатными устройствами.

В заключении представлены основные результаты работы.

1. Разработанный алгоритм обнаружения представляет собой последовательность следующих операций: деманипуляция смеси сигнала и помех; ограничение' спектра полученного сигнала фильтром с полосой, совпадающей с полосой сигнала носителя информации; детектирование; пороговое обнаружение; сдвиг де-манипулирующей последовательности.

2. Для рабочего интервала отношений с/п пороговое обнаружение характеризуется высоким уровнем ошибок. Поэтому для обеспечения требуемого качества работы алгоритма обнаружения поток решений порогового обнаружителя' нёоб-" ходимо обрабатывать разработанным алгоритмом сброса ложных обнаружений.

3. Длительность поиска является случайной величиной. Наиболее сильное влияние на статистические характеристики поиска оказывают: отношение с/п, характеризующее отклик обнаруживаемого сигнала при нулевом рассогласовании; вероятность ложных обнаружений; шаг поиска и критерий сброса. Снижение времени поиска обеспечивается при шаге поиска, равном ширине АКФ ШПС. Удовлетворительные значения среднего времени поиска для отношений с/п в отклике не менее 8 дБ обеспечивается при пороговом обнаружении с вероятностью ложных обнаружений Г = 0,05. Данный уровень ложных обнаружений обеспечивает минимальное значение среднего времени поиска при отношении с/п в луче не менее 8 дБ.

4. Исследование показателей качества приема показало, что для сигнала ООФТ характерна сильная зависимость качества приема от структуры многолучевости. Для сигналов ДОФТ чувствительность к изменениям многолучевости выражена слабее. При фиксированной вероятности ошибки приема бита информации равной 10"4 интервал составляет 2,3 дБ для ООФТ, для ДОФТ всего 0,72 дБ. При этом переход от однолучевого сигнала к двулучевому, с равномерным распределением мощности, требует для сохранения вероятности ошибки увеличения отношения с/п на 1,4 дБ для ООФТ. Для ДОФТ переход от однолучевого сигнала к двулучевому практически не оказывает влияния как на характер распределения фазовой ошибки, так и на ход зависимости вероятности ошибок от отношения с/п на входе решающего устройства. Для определения достоверности приема информации используется текущая оценка отношения сигнала к помехе й/. Показано, что высокое качество оценок во всем диапазоне многолучевости возможно лишь для сигнала ДОФТ. Поэтому в качестве сигнала носителя информации выбран сигнал ДОФТ.

5. При использовании цифровой обработки отсчетов ФМ сигналов для решения задачи суммирования лучей необходимо провести преобразования сигналов с целью ограничения их динамического диапазона. По совокупности показателей использование жесткого ограничения ФМ сигналов при решении задачи ограничения динамического диапазона является более предпочтительным. При этом весовые коэффициенты суммируемых лучей следует определять через цифровые от-

.счеты модулей откликов лучей, получаемые независимо от сигнала, используемого для выделения информации.

6. Задача цифрового представления совокупности отсчетов сигналов в системе обнаружения ШПС решается использованием АЦП с числом значащих разрядов не менее 6. Уровень потерь за счет погрешностей цифрового представления аналоговых сигналов при этом не превысит 0,05 дБ.

7. .Выполнено имитационное моделирование системы обнаружения по загружен. ному каналу связи при отношениях с/п на входе приёмника ШПС до минус 10 дБ.

Результаты моделирования подтвердили высокую эффективность разраб<ртанного алгоритма и хорошее совпадение численных значений показателей качества с теоретическими оценками. ,

8. Разработанный алгоритм обнаружения ШПС использован для создания программно-аппаратных средств связи, работающих в декаметровом диапазоне радиоволн.. ' 'V " л.

9. Проведены трассовые испытания разработанных средств. Испытания проводились в форме сеансов связи, во время которых производилась передача радиограмм. Параллельно, для сравнения, производились сеансы связи штатных систем передачи информации. Условия проведения испытаний в обоих случаях оди-

. наковые: применялись одинаковые антенные устройства, передавались одинаковые радиограммы равной длительности. Испытания проведены на трассах длиной 1300 и 2200 км. Результаты испытаний показали, что применение ЩПС и разработанного алгоритма существенно улучшает показатели качества разработанных . средств связи. ."".'. г

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ,

1. Климов И. 3., Чувашов А. М., Рогознев С. В., Богданов А. А., Ситдиков Р. Н. Разработка алгоритма приема многолучевого сигнала // Труды IV Международной научно-технической конференции: материалы докладов. — Ижевск, 2003. — С. 62 -64.

2. Климов И. 3., Чувашов А. М., Рогознев С. В., Богданов А. А., Ситдиков Р. Н. Сравнительная оценка методов передачи дискретной информации с использованием широкополосной несущей // Труды IV Международной научно-технической конференции: материалы докладов. - Ижевск, 2003. — С. 80 — 81.

3. Климов И. 3., Чувашов А. М., Рогознев С. В., Богданов А. А., Ситдиков Р. Н. Результаты имитационного моделирования радиоканала // Труды IV Международной научно-технической конференции: материалы докладов. - Ижевск, 2003. - С. 82-83.

4. Климов И. 3., Чувашов А. М.* Рогознев С. В., Богданов А. А., Ситдиков Р. Н. Воздействие ошибок дискретной системы фазовой синхронизации на прием сигналов двукратной относительной фазовой телеграфии // Труды IV Международной научно-технической конференции: материалы докладов. — Ижевск, 2003. - С. 62-64.

5. Климов И. 3., Чувашов А. М., Рогознев С. В., Богданов А. А., Ситдиков Р. Н. Оптимальное сложение лучей широкополосного сигнала с относительной фазовой

телеграфией в КВ-диапазоне // Труды IV Международной научно-технической конференции: материалы докладов. - Ижевск, 2003.-С. 82-83. .

6. Климов И. 3., Чувашов А. М., Рогознев С. В., Богданов А. А., Ситдиков Р. Н. Обнаружение широкополосных сигналов в загруженном канале связи // Труды IV Международной научно-технической конференции: материалы докладов. — Ижевск, 2003. - С. 82 - 83.

7. Симушин А. А., Богданов А. А., Копысов А. Н., Климов И. 3. Измерение ампли-.тудно-частотной характеристики и группового времени запаздывания в широко. полосных трактах приемников // Радиоэлектроника, электроника и энергетика: X

Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: тез. докл. — Т. 1. - М: МЭИ, 2004.-С. 62-63.

8. Копысов А. Н., Богданов А. А., Чувашов А. М., Климов И. 3., Лихарев В. М., Рогознев С. В. Согласование в КВ-канале динамического диапазона композиции широкополосного сигнала и станционных помех с устройствами цифровой обра. ботки // XXI Военно-научная конференция: материалы докладов. - М: В/ч 11135,

2005.-С. 51-56.

9. Рогознев C.B., Чувашов А.М., Климов И.З., Богданов A.A., Копысов А.Н., Лихарев ВМ Цифровая обработка сигнала КВ-диапазона с широкополосной несущей при воздействии станционных помех // XXI Военно-научная конференция: материалы докладов. - М: В/ч 11135, 2005. - С. 70 - 76.

Ю.Климов И.З., Копысов А.Н., Богданов A.A. Согласование в КВ-канале динамического диапазона композиции широкополосного сигнала и станционных помех с устройствами цифровой обработки // Вестник ИжГТУ, периодический научно-теоретический журнал Ижевского государственного технического университета.—

2006.-№ 3.- Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2006. - С. 60 - 63.

Подписано в печать¿7.11.06. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 80 экз. Заказ № 29@ Отпечатано в типографии ИжГТУ 426069, Ижевск, ул. Студенческая, 7

Список сокращений

Введение

1 Разработка и исследование алгоритма поиска сигналов с широкополосной несущей в КВ канале.

1.1 Особенности применения сигналов с широкополосной несущей в декаметровом канале связи.

1.2 Разработка алгоритма устранения начальной неопределённости по задержке

1.3 Исследование влияния КВ канала и параметров процедуры обнаружения на характеристики поиска сигнала

1.4 Исследование среднего времени поиска СШПН

1.5 Выводы по главе 1.

2 Исследование характеристик оконечного решающего устройства

2.1 Исследование показателей качества приема одного луча

2.2 Исследование показателей качества приема двухмодового сигнала при равной мощности лучей

2.3 Исследование показателей качества приёма лучей одинаковой мощности

2.4 Анализ методов суммирования лучей в оконечном решающем устройстве

2.5 Выводы по главе 2.

3 Исследование влияния цифрового преобразования сигналов на качество суммирования лучей.

3.1 Анализ способов цифрового преобразования сигналов

3.2 Исследование суммирования лучей при использовании АРУ.

3.3 Исследование суммирования лучей при амплитудном ограничении ДОФТ сигналов.

3.4 Квантование отсчётов модуля вектора сигнала луча.

3.5 Квантование отсчётов квадрата модуля вектора сигнала луча.

3.6 Выводы по главе 3.

4 Имитационное моделирование процесса обнаружения СШПН.

4.1 Разработка модели сигналов и помех.

4.1.1 Разработка модели сигнала.

4.1.2 Разработка модели многолучевого сигнала.

4.1.3 Разработка модели аддитивной помехи.

4.1.4 Разработка модели аддитивной смеси сигнала и помех.

4.2 Разработка имитационной модели алгоритма обнаружения отдельного луча.

4.3 Результаты моделирования.

4.4 Экспериментальное исследование процесса обнаружения

4.5 Выводы по главе 4.

Выводы по диссертационной работе.

Системы передачи информации - один из основных видов радиотехнических систем, спрос на которые очень быстро растёт в настоящее время. К системам предъявляются всё более жёсткие требования по обеспечению их работы в условиях сложных внешних воздействий, а так же естественных и преднамеренных помех и помех от других радиотехнических систем, работающих на близких частотах или в общем диапазоне частот. Это делает необходимым не только совершенствование существующих и традиционных систем передачи информации, но и развитие, и исследование новых видов систем, а так же исследование новых принципов их построения.

Большое значение в совершенствовании систем передачи информации имеют исследования, связанные с использованием новых видов сигналов, получивших названия: сложных, широкополосных (ШПС), многомерных и шумоподобных.

Использование таких сигналов в отличие от простых сигналов при построении систем передачи дискретной (СПДИ) информации открывает ряд возможностей:

- инвариантность к различным типам аддитивных помех, действующим в полосе полезного сигнала;

- суммирование мощностей лучей многолучевого сигнала благодаря разделению лучей по времени прихода;

- обнаружение с высокой достоверностью в условиях, когда мощность аддитивных помех существенно превышает мощность полезного сигнала, причем может существенно меняться тип действующих аддитивных помех;

- организация передачи дополнительной дискретной информации по каналам связи, занятым передачей других сообщений;

- ограничение несанкционированного доступа в канал связи.

Однако основные возможности ШПС к настоящему времени не реализованы. Это связано с тем, что исследовались способы передачи дискретной информации с использованием ортогональных ШПС [16,82,93,108,123], которые при больших значениях базы, характеризуются высокой стоимостью приёмной части СПДИ при высоких уровнях потерь на обработку, нейтрализующих значительную часть преимуществ данного класса сигналов.

Характеристики приёмника СПДИ с ШПС могут быть существенно улучшены, если использовать ШПС для преобразования простых сигналов, являющихся носителями дискретной информации. В этом случае можно при сохранении основных свойств ШПС, существенно уменьшить сложность приёмника и сократить потери на обработку до приемлемого уровня. В отечественной и зарубежной научной литературе (Варакин J1.E., Немировский A.C., Петрович Н.Т, Размахнин М.К., Пестряков В.Б., Окунев Ю.Б., Тузов Г.К., Семенов A.M., Сикарев A.A., Найквист Р., Шеннон К., Хемминг Р., Прокис Дж., Возенкрафт Дж.М.) подробно рассмотрены задачи приема ШПС при воздействии нормальной гауссовой помехи. Однако влияние многолучевого характера распространения радиоволн и мощных сосредоточенных в узкой полосе помех (характерные помехи для КВ-канала) на прием широкополосных сигналов рассмотрены недостаточно подробно.

СПДИ являются синхронными системами по принципу работы [111]. Использование ШПС для передачи дискретной информации связано с ростом требований к качеству функционирования систем синхронизации. Для ШПС характерно наличие обратной пропорциональности между базой сигнала и отношением ширины основного пика автокорреляционной функции (АКФ) к длительности сигнала. Поэтому требования к точности синхронизации ШПС растут с увеличением его базы. Вопросы синхронизации ШПС также недостаточно подробно рассмотрены. При исследовании СПДИ с ортогональными ШПС вопросы синхронизации рассматривались поверхностно. Причиной этого послужило то, что исследования были сосредоточены на анализе вариантов обработки при формировании отклика на образец с целью получения низких уровней потерь на обработку, при приемлемой сложности технической реализации.

Применение же специальных синхронизирующих сигналов нежелательно, так как это приводит к нерациональному использованию мощности передатчика, снижает скорость передачи полезной информации, уменьшает помехоустойчивость системы. Для данного типа СПДИ необходимо иметь систему синхронизации, которая будет обеспечивать высокое качество временной избирательности непосредственно по информационному сигналу.

Целью работы является разработка эффективного алгоритма обнаружения широкополосных сигналов, подверженных влиянию мультипликативных и станционных помех большого уровня в декаметровом диапазоне радиоволн, исследование численных значений показателей качества разработанного алгоритма и < разработка программно-аппаратных средств, реализующих предложенный алгоритм обнаружения.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Разработка алгоритма обнаружения ШПС в декаметровом канале связи.

2. Определение численных показателей качества разработанного алгоритма обнаружения.

3. Разработка имитационной модели системы передачи информации в КВ-канале ширркополосными сигналами при наличии аддитивных и мультипликативных помех.

4. Исследование разработанного алгоритма обнаружения методом имитационного моделирования.

5. Проведение трассовых испытаний с целью проверки результатов теоретических исследований.

Основные результаты работы, выносимые на защиту:

- алгоритм обнаружения ШПС в загруженном канале связи, ориентированный на использование цифровой обработки принятой композиции сигнала и помех;

- результаты исследования влияния аддитивных помех большого уровня с неравномерным энергетическим спектром на основные показатели качества работы алгоритма обнаружения ШПС в декаметровом канале;

- компьютерная модель системы передачи информации ШПС в загруженном канале связи и результаты моделирования алгоритма обнаружения при отношениях мощностей сигнала и помех до минус 10 дБ;

- результаты трассовых испытаний разработанного алгоритма обнаружения ШПС.

В первой главе проведен краткий анализ особенностей использования широкополосных сигналов в декаметровом канале связи. Рассмотрены вопросы, связанные с изменением характеристик КВ-канала связи со временем. Предложен алгоритм поиска СШПН.

Во второй главе проведено исследование характеристик оконечного решающего устройства. Исследования проводились для приема одного луча, приема двух и более лучей с одинаковой мощностью. Для анализа показателей качества приема информационной последовательности рассмотрены два вида модуляции: однократная (ООФТ) и двукратная (ДОФТ) относительная фазовая телеграфия.

В третьей главе проведен анализ влияния погрешностей преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму на качество обнаружения ШПС. Рассмотрены два варианта согласования динамического диапазона аддитивной композиции ШПС и помех с устройствами преобразования в цифровую форму: автоматическая регулировка усиления (АРУ) и жесткое ограничение уровня сигнала.

В четвёртой главе изложены результаты разработки компьютерной имитационной модели системы передачи информации в КВ-канале связи, решена задача имитационного моделирования процесса обнаружения ШПС, приведены результаты моделирования и результаты трассовых испытаний разработанного алгоритма.

1 Разработка алгоритма обнаружения широкополосных сигналов и исследование влияния КВ-канал и параметров процедуры обнаружения на характеристики поиска.

Результаты исследования использованы в НИОКР Сарапульским радиозаводом и в учебном процессе ИжГТУ в курсе «Радиотехнические системы».

1. Алгоритмы обработки информации в радиотехнических устройствах. / Под. редакцией Федорова И.Б. -М.: МГУ, 1989 г.

2. Алексеев А.И., Шереметьев А.Г., Тузов Г.И., Глазов Б.И. Теория применения псевдослучайных сигналов. М., Наука. 1960 г.

3. Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн в ионосфере. М.: Наука, 1972 г.

4. Арефьева Л.Н., Березин Ю.В., Смирнов В.И. Эффект Доплера в ионосфере и помехоустойчивость приема многолучевого частично рассеянного сигнала // Радиотехника, 1990 г. № 12.

5. Белых В.Н., Максимов В.П. Динамика простейшей дискретной системы фазовой синхронизации // Радиотехника и электроника, 1976 г. № 10.

6. Березин Ю.В., Коротков П.И., Старченко В.В. Определение азимутального угла прихода многолучевого поля в ионосферном канале связи // Радиотехника, 1989 г. -№ 3.

7. Блох Э.Л., Попов О.В., Турин В.Я. Модели источника ошибок в каналах передачи цифровой информации. М., Связь, 1971 г.

8. Боккер В.Е. Передача данных. Пер. с нем. / Под ред. Д.Д. Кловского. М.: Связь, 1980 г.

9. Бухвинер В.Е. Дискретные схемы в фазовых системах радиосвязи. М., Связь, 1974 г.

10. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. М., Советское радио, 1972.

11. Былянски Д., Нигрем Д. Цифровые системы передачи М.; Связь, 1980 г. -360 с.

12. В.И. Сахтеров, Р.В. Писарев, В.В.Лобзин и др. Коротковолновая широкополосная радиостанция «Ангара 5М». Радиотехника и электроника, №9, 47,2002, стр.1149-1252.

13. Варакин JI.E. Системы связи с шумоподобными сигналами. М., Радио и Связь. 1985 г.

14. Варакин JI.E. Теория систем сигналов. М., Советское радио. 1978 г.

15. Вержбицкий В. М. Основы численных методов. М., Высшая школа, 2002, 840с.

16. Возенкрафт Дж, Джекобе И. Теоретические основы техники связи / Пер. с англ. М.: Мир, 1969 г.

17. Галагер Р. Теория информации и надежная связь / Пер. с англ. М.: Советское радио, 1974 г.-720с.

18. Гарибян M.JI. Влияние случайной задержки сигналов на характеристики дискретных (цифровых) фильтров // Радиотехника, 1982 г. № 7.

19. Гаспарянц Э.М. Работа КВ-радиолиний при спокойном и возмущенном состояниях ионосферы // Электросвязь, 1974 г. № 2.

20. Гинзбург В.В., Каяцкас A.A. Теория синхронизации демодуляторов. М., Связь, 1974 г.

21. Гинзбург В.В., Лутовинов С.И. Влияние цифрового формирования опорных колебаний на точность демодулятора многочастотного модема./ Труды УИС, 1977 г., вып. 84.

22. Голд Б., Рэйдер Ч. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ. / Под ред. A.M. Трахтмана. М.: Советское радио, 1973 г.

23. Градштейн Н.С., Рыжик М.А. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. ГИФ MJI. - Д.: 1963 г.

24. Гридина Е.Г. и др. Цифровое моделирование системы стационарных случайных процессов. JL, Энергоатомиздат,1991.

25. Давенпорт В.Б., Рут В.П. Введение в теорию случайных сигналов и шумов. -М.: ИЛ., 1960 г.

26. Даджион Д.^, Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов: Пер. с англ. / Под ред. Л.П. Ярославского. М.: Мир,1988 г.

27. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. — М.: Связь, 1972 г.

28. Долуханов М.П. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн. М., Связь, 1971 г.

29. Драган Я.П. Структура и представление стохастических сигналов. Киев, Наукова думка. 1980.

30. Дядюнов Н.Г., Сенин А.И. Ортогональные и квазиортогональные сигналы. -М., Связь. 1977 г.

31. Жодзишский М.И., Сила-Новицкий С.Ю. Цифровые приемники широкополосных радиосигналов // Радиотехника, 1968 г. № 3.

32. Журавлев С. В., Куницын В. Е., Усачев А. Б. Характеристики радиосигналов при отражении от ионосферы. Радиотехника, 1992, №12.

33. Заездный A.M., Окунев Ю.Б., Рахович A.M. фазоразностная модуляция и ее применение для передачи дискретной информации. М., Связь, 1967 г.

34. Зайдлер Е. Системы передачи дискретной информации / Пер. с польского. -М.: Связь, 1977 г.-510с.

35. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. М.: Связь, 1972 г.

36. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов. -М.: Связь, 1980 г.

37. Иванюк А.И., Коленов В.И., Поздняков B.C. Моделирование дискретных каналов связи./Электронная техника. Сер.9, АСУ, 1972, Вып.4.

38. Использование ШПС в дальней KB радиосвязи. Milcom'87, СН 2493-5/87/00000876, доклад №43.2, с.0876-0885, 198J, 13Е. Milcom'82, СН 1734-3/82-0001, доклад №29.6, с.29.6.1-29.6.6

39. Каневский З.М.,Литвиненко В.П. Теория скрытности. Воронежский университет., 1991,144с.

40. Кириллов Н.Е. Помехоустойчивая передача сообщений по линейным каналам со случайно изменяющимися параметрами. М.: Связь, 1971 г.

41. Кирьянов Б.Ф., Леонтьев А.Г. Физическое моделирование каналов связи./Сборник «Повышение верности передачи цифровой информации по дискретным каналам». М., Наука, 1974 г.

42. Климов И.З. Математическая модель адаптивного устройства оценки стохастического сигнала. Материалы научно-практической конференции. Удмуртский Государственный университет. Ижевск, 2001г.,30-37.

43. Климов И.З. Проектирование адаптивных устройств оценки стохастических сигналов. Материалы международной научно-технической конференции. ИжГТУ. Ижевск, 2002г.,101-114.

44. Климов И.З., Чувашов A.M., Рогознев C.B., Богданов A.A., Ситдиков Р.Н., Разработка алгоритма приёма многолучевого сигнала. Труды IV международной научно-технической конференции. 4.4. Ижевск 2003г. С.62-64.

45. Климов И.З., Чувашов A.M., Рогознев C.B., Богданов A.A., Ситдиков Р.Н., Результаты имитационного моделирования радиоканала. Труды IV международной научно-технической конференции. 4.4. Ижевск 2003г. С.82-83.

46. Климов И.З., Чувашов A.M., Рогознев C.B., Богданов A.A., Ситдиков Р.Н.,Обнаружение широкополосных сигналов в загруженном канале связи. Труды1. международной научно-технической конференции. 4.4. Ижевск 2003г. С.82

47. Корелюк B.C., Потенко В.И., Скороход A.B., Турбин А.Ф. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. М., Наука, 1985 г.

48. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике: Пер. с англ. / Под общ. ред. И.Г.Арамановича. -М.: Наука, 1984 г.

49. Красюк Н.П., Дымович Н.Д. Электродинамика и распространение радиоволн. М., Высшая школа, 1974 г.

50. Кузьмин С.З. Основы теории цифровой обработки радиолокационной информации. М., Советское радио, 1974 г.

51. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. М., Советское радио, 1967 г.л

52. Куликов Е.И. Вопросы оценки параметров сигналов при наличии помех. М.: Советское радио, 1969 г.

53. Куликов Е.И., Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фоне помех. -М.: Советское радио. 1978 г.

54. Левин Б.Р. Теоретические основа статистической радиотехники. М.: Советское радио, 1974 г.

55. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике. -М., Советское радио, 1960 г.

56. Левчук Ю.П. Цифровые фильтры для когерентного оптимального приёма./Электросвязь, 1974 г., № 7.

57. Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении. / Пер. с англ. под ред. Ю.Н. Бакаева, М.В. Капранова. М., Советское радио, 1978 г.

58. Липкин Л.Я., Шеинов А.Л. Цифровой демодулятор сигналов ОФМ. / Электросвязь, 1973 г., № 2.

59. Лучанская Х.И., Хевролин В.Я. Синтез фазоманипулированных сигналов с идеальной взаимокорреляционной функцией. // Радиотехника, 1984 г. - №6.

60. Малоленский Г.А. К вопросу о переходных процессах при передаче дискретной информации методом ФМ./Электросвязь, 1969 г., № 6.

61. Малыгин В.Б., Сергеев О.И., Чернов Ю.А. Оценка многолучевости КВ-сигнала по результатам импульсного наклонного зондирования // Радиотехника, 1982 г.-№5.

62. Мартынов Е.М. Синхронизация в системах передачи дискретных сообщений.-М., Связь, 1972 г.

63. Математическое моделирование: методы описания и исследования сложных систем./ Ответст. редактор A.A. Самарский. М., Наука, 1989.

64. Машбиц Л. М. Цифровая обработка сигналов в радиотелеграфной связи. М., 1974 г.

65. Немировский A.C. Борьба с замираниями при передаче аналоговых сигналов. М., Радио и Связь. 1984 г.

66. Немировский М.С. Цифровая передача информации в радиосвязи. М., Связь, 1980 г.75, Окунев Ю.Б. Системы связи с инвариантными характеристиками помехоустойчивости. М., Связь. 1973 г.

67. Окунев Ю.Б. Теория фазоразностной модуляции. М., Связь, 1979 г.

68. Окунев Ю.Б., Яковлев JI.A. Широкополосные системы связи с составными сигналами. М., Связь. 1968 г.

69. Отчёт по НИР «Разработка унифицированного модема на 2400 дв.ед./с. для систем передачи дискретной информации по КВ радиоканалу»/ ЛЭИС, 1974 г.

70. Отчёт по НИР «Серпантин», часть 1. Ижевск, 2002 г.

71. Перьков В.В. Согласованная фильтрация сложных сигналов многоканальным некоммутируемым фильтром // Радиотехника, 1982 г. № 7. -С.60-64.

72. Петрович Н.Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией. М., Советское радио, 1965 г.

73. Петрович Н.Т., Размахнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. М., Советское радио. 1969 г.л

74. Поляков П.Ф. Приём сигналов в многолучевых каналах. М,. Радио и связь, 1986 г.

75. Попов О.В. О представлении реальных дискретных каналов./Vl- я конференция по теории кодирования и передачи информации. Часть IV, Москва -Томск, 1975 г.

76. Построение и анализ систем передачи информации / Под ред. Э.Л. Блоха. -М.: Наука, 1980 г.

77. Применение цифровой обработки сигналов. / пер. с англ. Под ред. Э. Оппенгейма. М.: Мир, 1980 г. - 550с.л

78. Сборник: «Методы помехоустойчивого приема 4M и ФМ сигналов». М., Советское радио, 1976 г.

79. Сборник: «Фазовая и относительная фазовая манипуляция». М., Связь, 1967 г.

80. Сейдж Э., • Мэлс Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении./ Пер. с англ. М.: Связь, 1976 г.

81. Семёнов A.M., Сикарев A.A. Широкополосная связь. М., Воениздат, 1970 г.

82. Сендерский В. А. Помехоустойчивость квазикогерентного приема ФМ сигналов. М., Связь, 1974 г.

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

84. Сердюков П.Н., Швецов И.Ф. Выбор методов модуляции в цифровых радиоканалах. М: Специальная техника №4-5 1998 сс. 47-51.

85. Сикарев A.A., Фалько А.И. Оптимальный прием дискретных сообщений. М.:Связь, 1978 г. •

86. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение,: 2-е издание. Пер. с англ. М.: Вильяме, 2003. - 1104с.

87. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука,1967 г.

88. Теория обнаружения сигналов/ Под редакцией П.А, Бакута, М., Радио и связь, 1984 г.

89. Тепляков И.М. Ионосферные искажения цифровых сигналов сширокополосной модуляцией // Радиотехника, 1984 г. № 6. «

90. Тихонов В.И., Кульман Н.К. Нелинейная фильтрация и квазикогерентный приём. М., Связь, 1973 г.

91. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Советское радио, 1977 г.

92. Трахтман A.M., Трахтман В.А. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах. М.: Советское радио, 1975 г.

93. Тузов Г.И., Поставный В.И., Мудров О.И. Исследование влияния режекции спектров сложных частотно-манипулированных сигналов на их корреляционныесвойства // Радиотехника, 1988 г. № 10. «

94. Тузов Г.И., Сивов В.А, Быков В.В. Деформация корреляционной функции сложных сигналов в режекторах // Радиотехника, 1981 г. № 2.

95. Тузов Г.К. Статистическая теория приёма сложных сигналов. М., Советское радио. 1977 г.

96. Фалькович С.Е. Оценка параметров сигнала. М.: Советское радио. 1970 г.

97. Федоренко В.В. Диагностирование систем передачи сигналов с использованием кореляционных функций // Электронное моделирование, 1993. -№ 6.-С.65.

98. Финк JI.M. Теория передачи дискретных сообщений. М., Советское радио. 1970 г.

99. Хайтман А.Г., Меркотун Н.И. Моделирование точностных характеристик каналов связи при решении задач дискретного моделирования./Электронное моделирование, 1988 г.,№2.

100. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. М., Мир, 1969 г.

101. Хмельницкий Е.А. Оценка реальной помехозащищенности приема сигналов в КВ-диапазоне. М.: Связь, 1975 г.

102. Цифровая фильтрация./ Сборник переводов под редакцией Я.С. Трахтмана. М., Советское радио, 1971 г.

103. Цыкин И.А. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1982 г.

104. Чувашов А.М. Разработка и исследование алгоритма функционированиясистемы передачи дискретной информации по загруженным каналам.:Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.13.16. Ижевск, 2000 г.

105. Чувашов А.М., Климов И.З. Система синхронизации для приёма широкополосных сигналов в декаметровом канале связи. LII научная сессия, посвящённая дню радио. Тезисы докладов. Часть II. Москва 1997 г., с.133-134.

106. Чувашов А.М., Климов И.З. Хворенков В.В. Моделирование однородной марковской последовательности. Труды VII Всесоюзной конференции по теории кодирования и передачи информации. Часть IV, Москва Вильнюс, 1978 г., с.55-60.

107. Чувашов А.М., Рогознев C.B. Субоптимальный прием широкополосных сигналов при аддитивных помехах с неравномерным спектром: 31 научно-техническая конференция ИжГТУ, Тез. докл. 4 2,- Ижевск, 1998 г. - С.3-5.

108. Шахгильдян В.В., Ляховкин А.А. Системы фазовой автоподстройки частоты. М., Связь, 1972 г.

109. Шляпоборский В.И. Основы техники передачи дискретных сообщений. М., Связь, 1973 г.

110. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. / Под ред.ПестряковаВ.Б. -М., Советское радио. 1973 г.

111. Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции. / Пер. с нем. под ред. Л.И. Седова. М., Наука, 1968 г.

112. Mehrotra A. Cellular Radio Performance Engineering. Artech House. 1994. p.p. 536

113. Mouly M., Pautet M.B. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p.p. 702

114. Price R., Green P. A communication technique for multypath channels. // Proc. IRE, 1958, v. 46, №3.

115. Sosin B.M. HF Communication Receiver Performance Requirement & Realization// The Radio & Elektroniks Eng., 1971 №7. - pp. 321-329.Алгоритм работы устройства обнаружения ШПС