автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка устройств быстрого поиска шумоподобных сигналов для цифровых систем передачи информации

На правах рукописи

МЕДВЕДЕВА ЕЛЕНА ВИКТОРОВНА'

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ БЫСТРОГО ПОИСКА ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(промышленность) по техническим наукам 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства радионавигации, радиолокации и телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киров-2004

Работа выполнена на кафедре радиоэлектронных средств Вятского государственного университета

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент А. В. Частиков

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. И. Жаворонков

кандидат технических наук И. В. Малыгин

Защита состоится 28 декабря 2004 г. в 14-00 час. на заседании диссертационного совета К212.042.01 в Вятском государственном университете по адресу: 610000, г. Киров, ул. Московская, 36, каб. 310.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан " 25 " ноября 2004 г.

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

средств вычислительной техники (г. Киров)

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В перспективных планах развития динамически развивающихся отраслей (нефтяной, газовой и др.) все большее внимание придается задачам мониторинга и управления удаленными объектами. Решение подобных задач требуется также в коммунальном городском хозяйстве. Системы газо-, водо- и теплоснабжения требуют оперативного и централизованного сбора технологической информации с многочисленных оконечных распределительных пунктов, оценки состояния объектов и, при необходимости, срочного вмешательства с целью предотвращения утечки или аварии. Аналогичные задачи стоят при управлении производственными процессами и охране разнообразных объектов, при оптимизации работы транспорта.

Одной из ключевых задач проектирования систем мониторинга и управления распределенными объектами является организация подсистем сбора информации и служебной связи. Прокладка кабельных линий связи до каждого объекта часто невозможна по техническим или финансовым соображениям. Одним из эффективных путей по обеспечению передачи информации является использование радиоканалов, что обусловлено факторами экономичности, мобильности и оперативности.

При использовании радиоканалов для передачи информации необходимо обеспечить надежную работу в условиях совместного использования выделенного частотного ресурса многочисленными радиоэлектронными системами. В связи с постоянным ростом количества и типов радиоэлектронных средств решить задачу достоверного приема информации в условиях сложной помеховой обстановки можно только за счет увеличения мощности радиопередающих устройств. Но введение в эксплуатацию радиоэлектронных систем с повышенным энергетическим потенциалом радиопередающих средств увеличивает уровень электромагнитного загрязнения. Рост излучаемой мощности ограничен как пределами безопасности для человеческого организма, так и нормами, ограничивающими уровни мощности внеполосных радиоизлучений, побочных радиоизлучений и индустриальных радиопомех.

Другой актуальной задачей, требующей решения, является повышение уровня конфиденциальности передаваемой по радиоканалу информации. Требование повышения степени защиты информации наиболее остро проявилось в современных условиях. Обеспечение информационной безопасности каналов сбора информации становится еще более актуальным в рамках декларированной программы усиления антитеррористической деятельности. В условиях усиления конкурентной борьбы возрастает роль защиты информации и в радиоканалах, используемых коммерческими структурами.

Значительно снизить степень электромагнитного загрязнения с одновременным повышением уровня конфиденциальности передаваемой информации при использовании радиоканала в цифровых системах передачи информации (СПИ) можно в случае использования сигналов с расширением спектра - шумоподобных сигналов (ШПС).

Цифровые СПИ на основе ШПС обладают рядом важных преимуществ перед традиционными узкополосными системами, в частности, им не требуется выделенный частотный диапазон. Сегодня, когда частотные диапазоны - один из дорогих и дефицитных товаров, подобное свойство особенно привлекательно. Системы с ШПС имеют повышенную помехоустойчивость при воздействии преднамеренных и непреднамеренных помех, высокую энергетическую скрытность сигналов, повышенную пропускную способность, устойчивость к многолучевости и т. д.

Основой для формирования ШПС и^'жл^ псевдослучайные кодовые последовательно-ста(ПСП), используемые для модул: ции (аиайш^Эхпйй^стоты. Свойства цифровых

СПИ с ШПС непосредственно зависят от характеристик применяемых ПСП, основными из которых являются: "хорошие" автокорреляционные и взаимнокорреляционные характеристики, сбалансированность структуры, высокая эквивалентная линейная сложность, большой ансамбль сигналов, простота генерации.

Большинство известных ПСП не удовлетворяют в полной мере поставленным требованиям. Поэтому научная активность в области отыскания новых законов формирования ПСП остается устойчиво высокой, вследствие чего номенклатура ПСП постоянно расширяется. Возникла необходимость систематизировать известные и вновь разработанные ПСП, чтобы обеспечить возможность обоснованного выбора ПСП при проектировании цифровых СПИ.

Все ПСП условно можно разделить на линейные и нелинейные. Нелинейные последовательности значительно превосходят линейные ПСП по структурной скрытности, но для их генерации необходимы более сложные устройства формирования. Повысить структурную скрытность позволяет также использование многозначных символов для построения ПСП, но за счет значительного усложнения схем формирования и обработки.

Широкое распространение для формирования ШПС вследствие простоты генерирования и обработки получили линейные рекуррентные последовательности. При использовании таких последовательностей повышения степени конфиденциальности можно достичь за счет увеличения базы сигнала, что усложняет процесс установления кодовой синхронизации. Существующие алгоритмы поиска ШПС для обеспечения кодового синхронизма имеют высокую вычислительную сложность или не удовлетворяют требованиям быстродействия.

Поэтому не прекращаются интенсивные исследования в области разработки методов и устройств быстрого поиска ШПС как у нас в стране, так и за рубежом. Если ранее сдерживающим фактором для внедрения методов быстрого поиска ШПС являлось недостаточное развитие элементной базы, то на современном этапе имеются признаки «дефицита» алгоритмов. Следовательно, разработка новых и совершенствование известных алгоритмов и устройств быстрого поиска (УБП) ШПС является актуальной задачей.

К перспективным алгоритмам поиска относят метод последовательной оценки символов и его модификации. Известные методы последовательной оценки символов с увеличением длины ПСП не всегда позволяют достичь приемлемых уровней помехоустойчивости и времени вхождения в кодовый синхронизм.

Повысить помехоустойчивость метода последовательной оценки символов и сократить время вхождения в кодовый синхронизм можно за счет использования статистической избыточности, заложенной при кодировании в ПСП. Применение в диссертационной работе аппроксимации ПСП сложной цепью Маркова и теории нелинейной фильтрации марковских процессов позволили получить рекуррентные уравнения фильтрации ШПС, на основе которых синтезированы УБП. Результаты исследований помехоустойчивости разработанных устройств поиска бинарных ШПС показали более высокую эффективность, чем устройства поиска ШПС, предложенные Р. Уордом.

Важным достоинством разработанных устройств, является то, что в условиях априорной неопределенности о времени прихода ШПС и его структуре они хорошо приспособлены для построения простых в реализации адаптивных устройств поиска ШПС с лучшими характеристиками, чем без адаптации.

В результате исследований установлено, что адаптивные устройства поиска ШПС обладают лучшими статистическими характеристиками обнаружения и распознавания, чем неадаптивные. Также в адаптивных устройствах поиска по сравнению с неадаптивными при отсутствии ШПС уменьшается время поиска ШПС за счет снижения количества ложных тревог. Снижение времени пропорционально выигрышу в отношении сигнал-шум, который получается за счет нелинейнрй'фЦ&^ЙиМ.'

Быстрое совершенствование элементной базы, автоматизированных средств проектирования электронной аппаратуры, методов цифровой обработки сигналов, телекоммуникационных и информационных технологий позволяет сократить разрыв между теорией и практикой. С учетом этих требований разработаны принципы программно-аппаратурной реализации, на основе которых получены, обеспечивающие минимум технических и временных ресурсов, варианты реализации основных блоков синтезированных устройств.

Указанные выше методы обработки ШПС основывались на предположении, что все параметры сигнала, за исключением информационного, известны, и на входе УБП действует только белый гауссовский шум. Такой подход является обоснованным, так как позволяет получить результаты, близкие к потенциально возможным.

В действительности на входе УБП цифровых СПИ могут воздействовать помехи, различные по мощности и характеру. Во многих фундаментальных работах по теории ШПС указано, что наиболее опасными для цифровых СПИ с ШПС являются мощные узкополосные, в частности гармонические помехи.

Исследования показали, что мощные гармонические помехи могут полностью нарушить нормальное функционирование разработанных устройств поиска ШПС. Важным достоинством синтезированных УБП, предназначенных для поиска ШПС в белом гауссовском шуме, является способность обнаруживать стационарные мощные гармонические помехи за счет структурных различий ШПС и гармонических помех.

Данные особенности синтезированных устройств поиска позволили разработать эффективный и простой в реализации метод подавления гармонической помехи, применимый в условиях полной или частичной информации о ее параметрах. Так, незначительное усложнение структуры УБП с нелинейным фильтром позволяет одновременно с поиском ШПС измерять амплитуду и частоту обнаруженной гармонической помехи, а полученные оценки параметров помехи использовать для ее компенсации.

Проведенные в работе исследования показали высокую эффективность методов ослабления негативного действия гармонической помехи на устройство быстрого поиска ШПС.

Диссертационная работа выполнена в рамках одного из научных направлений кафедры радиоэлектронных средств ВятГУ. Исследования данной работы базируются на результатах НИР, проводимых по заказу Министерства образования РФ, являются их логическим продолжением и направлены на решение задач, возникших при применении ШПС на линейных рекуррентных последовательностях в цифровых СПИ.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов и устройств быстрого поиска шумоподобных сигналов при наличии белого гауссовского шума и мощных гармонических помех в цифровых системах передачи информации, обеспечивающих низкий уровень электромагнитной загрязненности и повышенную степень конфиденциальности.

Задачи диссертационной работы:

1. Проведение систематизации существующих ПСП, которая позволит обеспечить при проектировании цифровых СПИ обоснованный выбор ПСП на основе системного анализа их характеристик. Использование полученных результатов для анализа методов поиска ШПС и выбора метода, обеспечивающего сокращение времени поиска ШПС при допустимых технических затратах.

2. Разработка алгоритма и устройства нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС, построенных на двоичных линейных рекуррентных последовательностях, базирующего на представлении ПСП марковским процессом с конечным числом состояний, и синтеза на основе разработанного метода структуры устройства поиска ШПС при действии белого гауссовского шума.

3. Разработка метода адаптивной фильтрации дискретного параметра ШПС, построенных на двоичных линейных рекуррентных последовательностях, и синтеза на его основе алгоритмов и структур УБП ШПС в условиях априорной неопределенности о времени появления ШПС, позволяющих сократить время поиска ШПС.

4. Исследование механизма возникновения ошибок в адаптивном и неадаптивном УБП и помехоустойчивости разработанных устройств поиска в условиях действия белого гаус-совского шума; проведение качественного и количественного анализа статистических характеристик в УБП.

5. Разработка метода и устройства защиты УБП ШПС от мощной гармонической помехи и исследование эффективности устройства защиты.

6. Разработка принципов программно-аппаратной реализации разработанных УБП.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач используются методы статистической теории связи, теории оптимальной нелинейной фильтрации, теории условных марковских процессов, математической статистики и методы статистического моделирования на ЭВМ.

Научные результаты и их новизна.

На защиту выносятся следующие научные результаты автора:

1. Результаты систематизации и системного анализа характеристик ПСП.

2. Алгоритм и структура УБП, которые базируются на нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС и позволяют по сравнению со стандартным методом последовательной оценки символов сократить время поиска ШПС при небольших затратах технических ресурсов.

3. Метод и структура адаптивной фильтрации дискретного параметра ШПС, обеспечивающие при отсутствии априорной информации о времени прихода искомого ШПС высокий уровень системных характеристик цифровых СПИ.

4. Результаты количественного и качественного анализа помехоустойчивости и временных параметров УБП при наличии белого гауссовского шума.

5. Метод защиты УБП от мощной гармонической помехи, основанный на свойстве нелинейного фильтра УБП обнаруживать гармоническую помеху за счет структурного отличия от искомого ШПС и оценивании цифровыми способами параметров помехи

6. Результаты исследований эффективности блока защиты УБП от мощной гармонической помехи.

Новизна научных результатов состоит в следующем:

1. Проведенная систематизация ПСП обеспечивает, при проектировании цифровых СПИ, условия обоснованного выбора ПСП на основе системного анализа их характеристик и использование полученных результатов для выбора метода поиска ШПС, обеспечивающего сокращение времени поиска ШПС при невысоких аппаратурных затратах.

2. Представление двоичных рекуррентных ПСП в виде цепи Маркова позволило расширить рамки применимости теории условных марковских процессов в задачах синтеза алгоритмов и устройств поиска ШПС и выразилось в расширении класса фильтруемых процессов.

3. Разработанный метод адаптивной фильтрации дискретного параметра ШПС обеспечивает по сравнению со стандартным методом последовательной оценки символов сокращение времени поиска ШПС за счет повышения устойчивости режима фильтрации ШПС и снижения уровня ложных тревог.

4. Полученные аналитические выражения позволяют быстро получить количественные оценки помехоустойчивости и времени распознавания ШПС.

5. Разработанный метод защиты УБП от мощной гармонической помехи использует для ее обнаружения имеющиеся технические ресурсы УБП.

Практические результаты заключается в следующем:

1. Разработанные алгоритмы и структуры УБП позволяют применять ШПС для передачи информации в системах управления и контроля, что обеспечивает за счет снижения мощности передатчиков низкий уровень электромагнитной загрязненности и хорошую электромагнитную совместимость с другими системами, повышает степень конфиденциальности передаваемой информации.

2. Разработанные устройства ориентированы на практическую реализацию малыми техническими ресурсами и позволяют сократить время кодовой синхронизации ШПС в задачах поиска ШПС при наличии белого гауссовского шума и мощной гармонической помехи.

3. Структура разработанного блока защиты от мощной гармонической помехи обеспечивает подавление помехи в УБП без значительного усложнения структуры.

4. Разработаны рекомендации по цифровой реализации основных блоков УБП на программируемых СБИС на основе применения компьютерных методов проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

5. Разработано прикладное программное обеспечение для исследований помехоустойчивости УБП с нелинейным фильтром с постоянными и переменными параметрами в условиях раздельного и совместного воздействия любых сочетаний ШПС, шума и гармонических помех.

Разработанные алгоритмы и структуры устройств быстрого поиска внедрены в разработках для передачи телеметрической информации в ОАО "ВолгаТелеком" и ГП «Автоматика и вычислительная техника» и подтверждены актами внедрения. Полученные теоретические результаты легли в основу учебного пособия, которое совместно с разработанным прикладным программным обеспечением используются в ВятГУ на кафедре радиоэлектронных средств в учебном процессе по дисциплинам "Теория оптимального приема сигналов", "Теория информации и кодирования", "Телекоммуникационные технологии", о чем свидетельствует акт внедрения в учебный процесс.

Вклад автора. Автором самостоятельно: 1) разработаны алгоритмы и структуры адаптивного и неадаптивного УБП ШПС и проведен анализ их помехоустойчивости в условиях действия белого шума и гармонической помехи; 2) предложен метод и устройство защиты УБП от мощных гармонических помех; 3) создан пакет прикладных программ, позволяющий исследовать эффективность разработанных методов и устройств.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: III всероссийской НТК - Ульяновск, 2001; VIII и IX международных НТК «Радиолокация, навигация, связь» - Воронеж, 2002, 2003 гг.; 5-й и 6-й международных конференциях «Цифровая обработка сигналов и ее применение» - Москва, 2003, 2004 гг.; школе семинаре молодых ученых -Новосибирск, 2001, IV международной НТК «Электроника и информатика» - Москва, 2002; всероссийских НТК «Наука-производство-технология-экология», Киров, ВятГУ, 2000-2004 гг.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 21 работе, в том числе 17-и статьях и тезисах в научно-технических журналах и сборниках трудов, учебном пособии с грифом УМО и трех отчетах по госбюджетным НИР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 4 таблицы, список использованной литературы из 76 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дается обоснование актуальности предмета исследований, методов исследований, формулируются цели и основные задачи диссертационной работы, определяется практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проводится анализ выбранной области исследований. С этой целью рассмотрены свойства ШПС, обеспечивающие высокую энергетическую скрытность сигналов цифровых СПИ, снижение мощности передаваемого сигнала, хорошую электромагнитную совместимость с другими системами. Выполнена систематизация известных ПСП, которые применяются для построения ШПС, в основу которой положено деление кодовых последовательностей на линейные и нелинейные, а сигналов, составляющих символы - на двоичные и недвоичные. Произведен анализ свойств и способов формирования ПСП, характеризующих приспособленность ПСП для применения в цифровых СПИ.

Особое внимание уделено анализу методов кодовой синхронизации на основе быстрого поиска ШПС. Установлено, что наиболее перспективными являются устройства поиска с последовательной оценкой символов, требующие для обнаружения и распознавания ШПС малых технических и временных ресурсов. Основой метода является предположение о возможности использования генератора ПСП на основе регистра сдвига для получения оценок символов ПСП искомого ШПС. Ограничивает применение метода недостаточная помехоустойчивость. Одним из возможных путей повышения помехоустойчивости метода является его оптимизация на основе синтеза алгоритмов и устройств, реализующих статистическую избыточность ПСП. Для решения данной задачи предлагается аппроксимировать ПСП сложной цепью Маркова и применить теорию нелинейной фильтрации марковских процессов.

В результате анализа области исследований очерчен и конкретизирован круг решаемых в работе исследований, определяющих актуальность поставленной задачи.

Во второй главе на основе представление двоичной рекуррентной последовательности сложной цепью Маркова с двумя состояниями, в которой каждый последующий символ однозначно определяется т-значной комбинацией предыдущих символов получено уравнение фильтрации дискретного параметра ШПС. На базе разработанного алгоритма синтезировано УБП с нелинейным фильтром для поиска ШПС при постоянном значении параметра ри. Разработан метод адаптивной нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС, базирующийся на представлении двоичной ПСП искомого ШПС цепью Маркова с переменной матрицей вероятностей переходов. Исследован механизм нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС в адаптивном и неадаптивном УБП и проведено исследование помехоустойчивости адаптивного и неадаптивного УБП с нелинейным фильтром.

Разработка УБП проводилась в предположении, что ПСП представляет собой т-ичную цепь Маркова с двумя равновероятными состояниями, а помеха, действующая на входе, является белым гауссовским шумом «(/) с нулевым средним и дисперсией а„ „Предполагается, что на входе УБП наблюдается процесс *(/)= 5(ф,/)+ «(/), где 5(ф,0 - ШПС, дискретный параметр <р которого (например, фаза) содержит в себе полезную информацию и может принимать одно из двух возможных состояний

Аппроксимируя двоичную ПСП сложной цепью Маркова, используя свойства ПСП и теорию нелинейной фильтрации, получено уравнение фильтрации дискретного параметра ШПС, реализующее статистическую избыточность, заложенную при кодировании ПСП:

и*+1 =1/*+1(Ф1)-/ы(Ф2 )]+»к + г{«к>Ру) (1)

где = !п(д(*+1)/- логарифм отношения апостериорных вероятностей состояний дискретного параметра; й^ = - оценка, сформированная в УБП на основе мо-

дуля изнака в к -м такте, которая при отсутствии шума совпадает с 1; фд -

есть результат суммирования по модулю два значений и^, соответствующих образующему полиному; /л+[(Ф/) - логарифм функции правдоподобия дискретного параметра ПСП в {к +1) -м такте; нелинейная функция

^ммМ], ,.у=1)2,

\Ргг+Р^тик))

(2)

где -

^ .j элементы матрицы вероятностей перехода от экстраполированной оценки символа в к -м такте к вычисленному значению символа в (к + 1)-м такте.

На основе уравнений (1), (2) и критерия Неймана-Пирсона было синтезировано УБП для одновременного обнаружения и распознавания ШПС (рис.1), которое состоит из детектора (Д), фильтра (СФ), согласованного с элементарным сигналом одного символа ПСП, нелинейного фильтра (НФ) и решающего устройства (РУ). Нелинейный фильтр содержит:

сумматор (X), квантователь на два уровня (Кв), т -разрядный регистр сдвига (РгС), блок хранения задержанного на такт модуля выходного значения сумматора (¡и^), схему

оценивания знака (СОЗ) ф^., вычислитель нелинейной функции (ВНФ) Блок вычислите-

ля нелинейной функции реализует функцию (2), включающую в себя всю априорную информацию о корреляции состояний дискретного параметра искомого ШПС.

В случае приема М-последовательности схема оценивания знака состоит из т конъ-юнкгоров и сумматоров по модулю два. Конъюнкгоры управляются коэффициентами образующего полинома Ит(х) ПСП, которые задают закон формирования ПСП. Так как М-последовательность представляет собой линейную рекуррентную последовательность, то структура УБП пригодна для поиска ШПС, построенных и на других ПСП из класса линейных рекуррентных последовательностей. Данное утверждение относится также к последовательностям Голда, большого и малого множеств Касами, Мак Элис и других линейных рекуррентных последовательностей, у которых порождающий полином является произведением взаимно-простых полиномов. Поэтому для всех упомянутых ПСП структура схемы оценивания знака не требует внесения изменений.

Перед началом работы в УБП записываются начальные условия: в блок вычислителя нелинейной функции загружается значение параметра на конъюнкторы схемы оценивания знака поступают значащие коэффициенты образующего полинома.

Структура устройства фильтрации дискретного параметра ШПС аналогична структуре накопителя пачки эквидистантных импульсных сигналов, особенностью которых является зависи-

мость выигрыша в отношении сигнал-шум от величины коэффициента передачи в цепи обратной связи накопителя. Коэффициент передачи в цепи обратной связи УБП с нелинейным фильтром, как следует из уравнения (1), зависит нелинейно от значений элементов матрицы вероятностей переходов Pi; (/,y = 1,2) и отношения сигнал-шум на входе приемника р^.

Вычисление оптимальной матрицы вероятностей переходов, используя аналогию с накопителем эквидистантной пачки импульсов, не предоставляется возможным из-за существенного различия механизмов накопления сигналов, которое заключается в следующем. С момента начала приема ШПС через т тактов каждый ошибочный символ на входе нелинейного фильтра образует новую m-значную комбинацию символов, которая порождает опорную ПСП, сдвинутую относительно ПСП принимаемого ШПС на случайное число символов и генерируемую до тех пор, пока не появится следующий ошибочный или правильный символ. Если ПСП, генерируемая в нелинейном фильтре, совпадает с ПСП принимаемого ШПС, то некоторое число искаженных входных символов восстанавливается, а несовпадение символов обеих ПСП порождает дополнительные ошибки. Ближайшей моделью процесса появления ошибочных и правильных символов на выходе УБП с нелинейным фильтром является урновая модель Пойа.

При поиске ШПС основной характеристикой УБП с нелинейным фильтром является время вхождения в кодовый синхронизм ПСП искомого ШПС и ПСП, формируемой в нелинейном фильтре. Это время однозначно зависит от величины и характера изменения вероятности правильного распознавания т -значных комбинаций символов ПСП р(т,ри) на заданном интервале наблюдения ШПС. Так как для установления кодовой синхронизации с принимаемым сигналом достаточно правильно определить m-значную кодовую комбинацию ПСП, то помехоустойчивость УБП можно характеризовать вероятностью правильного распознавания /я-значной комбинации символов искомой ПСП р(.т,рц).

На рис.2 и рис.3 представлены графики зависимости вероятности р{т, pjt) от числа тактов кф фильтрации ШПС, сформированного на ПСП с т = 11 при различных значениях отно-

,2.

шениях сигнал-шум по мощности pD < 1 и вероятностях переходов ри= 1..Д97. Анализ графиков показывает, что при вероятность быстро достигает максимального значения на начальных тактах фильтрации и незначительно изменяется в дальнейшем.

Недостатком модели (1), работающей в режиме поиска ШПС при ри = const, является накопление шума в отсутствии искомого ШПС и, соответственно, увеличение числа ложных тревог.

Поэтому возникает необходимость синтеза УБП, в виде адаптивной системы, настраивающейся на прием искомого ШПС. Для адаптивного УБП значение параметра рн, входящего в нелинейную функцию (2), предлагается вычислять адаптивно по следующему правилу: при совпадении принимаемого ф^ и экстраполированного ф* символов параметр ри увеличивается на определенную величину,^ при несовпадении -уменьшается:

В этом случае, при больших отношениях сигнал-шум с увеличением числа правильно принятых символов параметр ри будет расти и стремиться к единице, тогда как 2{йк, ри ) —> 0, что способствует повышению скорости накопления. При малых отношениях сигнал-шум или отсутствии полезного сигнала и накопление отсутствует.

На основе уравнения (1) и правила адаптации (3) была синтезирована структура УБП для одновременного обнаружения и распознавания ШПС, представленная на рис.4.

сд

СФ 1

Ри

-JaA

Кв 1 2 РгС т

W соз

sign(q>,)

Нелинейный фильтр

П Pi 1 БА

Рис.4

Особенностью адаптивного УБП является наличие блока адаптации (БА), который на основе выработанного значения управляет блоком вычислителя нелинейной функции г{ик,р11). В соответствии с помехо-вой обстановкой значение параметра Ра изменяется в диапазоне 0,5... 1.

Работа устройства поиска завершается при достижении параметром Рц значения единицы. Кодовая комбинация, находящаяся в момент окончания поиска в регистре РгС, принимается за искомую кодовую комбинацию.

На рис.5 представлены графики вероятности правильного распознавания /и-значной комбинации символов р{т,ри) на выходе адаптивного устройства д с т ы е

0.5 0,4

(

\ р' = 0 дБ

Г

Г 1 !

1 = -3 АН

! 1

1 1 1 -6 dt -

..... 1 1 1 Р2-

1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Рис.5

линии) и отношений сигнал-шум pi < 1 на интервале фильтрации кф = 500 тактов исследования ШПС, построенных на ПСП с периодом 1= 2047. Для сравнения при тех же условиях тонкими линиями построены кривые вероятности р{т,ри) иа выходе УБП без адаптации ( Рц = 1). Анализ графиков показывает, что вероятность правильного распознавания т -значных комбинаций символов р{т>Рц)

чем значение

на выходе адаптивного УБП для всех выбранных отношений сигнал-шум р, < 1 больше, чем значение на выходе УБП без адаптации.

В третьей главе получены выражения для статистических характеристик обнаружения УБП ШПС. Определен выигрыш во времени распознавания ШПС на выходе адаптивного и неадаптивного УБП с нелинейным фильтром по сравнению с методом Уорда. Получено соотношение во времени распознавания ШПС на выходе адаптивного и неадаптивного УБП. Проведено сравнение по времени распознавания адаптивного и неадаптивного УБП ШПС. Разработаны принципы программно-аппаратурной реализации основных блоков УБП.

Решение о наличии или отсутствии искомого ШПС на входе УБП будет приниматься в соответствии с критерием Неймана-Пирсона на основе сравнения результата накопления ШПС на выходе нелинейного фильтра с априорно заданным порогом Н.

Будем считать, что вероятность наличия ШПС и его отсутствия р(о) равны. Тогда при наличии ШПС его обнаружение в УБП произойдет, если за интервал исследования /яг из / символов будет правильно распознана последовательность из 1С символов ПСП искомого ШПС и энергии этой части ШПС будет достаточно для превышения порога Н. Если принять / > 1С, то последовательность правильных оценок символов длиной 1С за интервал исследования может появиться

При значениях вероятностей ложной тревоги и пропуска сигнала, меньших 0,1 и при было получено выражение для количественного выигрыша в вероятности правильного обнаружения ШПС на выходе УБП с нелинейным фильтром по сравнению с УБП, реализованным по методу Уорда:

где - вероятности правильного распознавания символа ПСП соответственно без фильтра-

ции и на к -м такте фильтрации.

Приняв 1-1с (и = 1) и учитывая, что Цф > <7-, 2 0,5, получим X - 2™Якф • Отсюда следует, что чем больше величина т, т.е. длиннее ПСП, на основе которой формируется ШПС, тем больше выигрыш в вероятности правильного обнаружения ШПС устройством с нелинейным фильтром по сравнению с методом Уорда, а следовательно, и меньше время поиска ШПС.

При отсутствии ШПС ложная тревога на выходе УБП с нелинейным фильтром может возникнуть, если: 1) за интервал исследования /нс знаки случайной последовательности из 1Ш выборок выходного шума совпадет знаками с символами ПСП искомого ШПС; 2) энергии выборок из шума будет достаточно для превышения порога Я. Полагая, что первое и второе условия статистически независимы, количественную оценку выигрыша в вероятности ложной тревоги на выходе УБП с нелинейным фильтром по сравнению с методом Уорда можно найти из выражения:

(4)

(5)

Так как в УБП с нелинейным фильтром накопление шума за счет генерации ложных ПСП, сформированных из шума несколько выше, чем в методе Уорда, то д1^ >2"' и С, < 1.

Следовательно, УБП с нелинейным фильтром имеет несколько большую вероятность ложной тревоги, чем устройство поиска ШПС, реализованное по методу Уорда.

Исследования УБП с нелинейным фильтром при ри = const показали, что с увеличением интервала исследования t„r = IT вероятности правильного обнаружения d и ложной тревоги а увеличиваются, причем вероятность ложной тревоги при растет быстрее,

чем вероятность правильного обнаружения. Таким образом, УБП с нелинейным фильтром по сравнению с методом Уорда обеспечивает большую вероятность правильного обнаружения, но проигрывает в вероятности ложной тревоги.

При определении среднего времени распознавания ШПС в УБП с нелинейным фильтром в сравнении с известным методом Уорда полагаем, что эксперимент по распознаванию ШПС начинается в обоих устройствах после получения первой оценки m-значной комбинации символов ПСП. Эта процедура одинакова в обоих устройствах.

При повторном эксперименте в методе Уорда берется новая оценка т -значной комбинации символов, поступившая на вход приемника, а в УБП с нелинейным фильтром берется оценка, отфильтрованная за к -интервалов исследования. С увеличением числа экспериментов и интервалов исследования в эксперименте точность оценок т -значной комбинации символов в УБП с нелинейным фильтром непрерывно растет, в то время как в методе Уорда точность оценок остается постоянной.

Среднее время распознавания ШПС в методе Уорда определяется выражением:

cfl-a^+aj)

ур

(7)

(6)

По аналогии с (6) получено время распознавания ШПС в УБП с нелинейным фильтром:

2<„c(l-a + a2)

где

-у > к> ну - вероятности ложной тревоги и пропуска сигнала соответственно с

фильтрацией и при ее отсутствии (метод Уорда).

Приближенная оценка выигрыша во времени распознавания ШПС предлагаемого в работе метода по сравнению с методом Уорда может быть получена с учетом выражений (6) и (7) при условии, что а = а у И р £ Р^,

Так как уже при т > 3 выполняется условие цЦф » д", то Т],»\. Следовательно,

применение УБП с нелинейным фильтром при поиске ШПС позволяет сократить время обнаружения и распознавания искомого ШПС в Т), »1 раз. С учетом того, что ска^, и

Р < Р^, в действительности выигрыш окажется больше, чем вычисленный по формуле (8).

На рис.6 представлены графики выигрыша во времени распознавания ШПС УБП без фильтрации (/?„• = 1) по сравнению с методом Уорда для т = 11 при разных отношениях

сигнал-шум р2.

1,35 1,3 1,25 1,2 1,15 1,1 1,05 1

р2 =-9 дБ

п2 = -ЬдК

р2=-3 дБ

г-

60

120

180

240

к 300

В этом случае УБП работает как обычный накопитель. Из анализа графиков следует: 1) на начальных тактах работы ^<30) наблюдается резкий прирост выигрыша во времени распознавания ШПС в УБП с нелинейным фильтром по сравнению с методом Уорда; 2) на последующих тактах работы больший наклон выигрыша во времени распознавания ШПС имеют кривые, соответствующие меньшим

Рис.6

отношениям сигнал-шум Заменив в (7) а на аа и Р на Р0, можно записать выражение для времени распознавания символов ПСП в адаптивном УБП:

с(1-в«+Да2)

t — ис

ар

(9)

где Яакф - вероятность распознавания символа ПСП на к -м такте адаптации.

С учетом (7) и (9), получена оценка выигрыша во времени поиска ШПС адаптивным УБП по сравнению с УБП без адаптации

,(1-а + сх2)(1-сха)(1-ра)

__<р z _

* V <7?Д1-<ха+^)(1-а)(1-р) '

(10)

Так как > <7^, Ра < Р и аа << а, ТО Г)а(> 1, то есть время обнаружения и распознавания ШПС адаптивным УБП меньше, чем неадаптивным.

На рис.7 показаны графики оценки выигрыша во времени поиска ШПС адаптивным УБП по сравнению с устройством без адаптации при разных

4«

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

—Р2= 1 !

-ЗсШ /V- —-— !

i

р2=-9 дБ

для

60

120

180

240

300

отношениях сигнал-шум р m = 11 и = 0,01.

Можно заметить, что в наиболее характерном для цифровых СПИ диапазоне отношений сигнал-шум -3...-6 дБ уже на 120-м такте (0,1 L ПСП) выигрыш адаптивного УБП по сравнению с неадаптивным находится в пределах 1,8...2,5 раз.

В завершающем разделе разработаны рекомендации по аппаратно-программной реализации УБП на основе программируемых БИС. Был проведен анализ аппаратурных затрат на реализацию нелинейного фильтра и блока адаптации, оказывающих решающее воздействие на достижимую скорость поиска и являющихся наиболее сложными по построению. Анализ показал, что для реализации указанных блоков в одном корпусе СБИС достаточно ПЛИС семейств ХС4000 (ХШпх) и FLEX10K (Altera) при затратах 308 и 195 логических блоков соответственно.

Рис.7

Максимальная частота, с которой может работать нелинейный фильтр совместно с блоком адаптации, ограничена 12,5 и 14 МГц при использовании соответственноХС4000 и БЪЕХ10К

В четвертой главе проведен анализ воздействия гармонической помехи на УБП с нелинейным фильтром, предложен метод борьбы с гармонической помехой, основанный на структурных различиях ШПС и гармонической помехи. Разработано устройство компенсации мощных гармонических помех. Проведено исследование эффективности разработанного устройства защиты УБП ШПС от мощных гармонических помех.

В основе метода подавления гармонической помехи лежит одно из свойств бинарных ПСП. Максимальная длина цуга, состоящего из последовательности единиц, в любой двоичной ПСП максимального периода равна т; максимальная длина цуга, состоящего из последовательности нулей, равна т - 1. Данный факт можно использовать для обнаружения мощной гармонической помехи на выходе УБП с нелинейным фильтром и измерения её периода.

Из выборок входного сигнала, в которых уровень гармонической помехи выше уровня ПСП, после бинарного квантователя (рис.4), образуются цуги из единиц - при положительной полуволне гармонической помехи и нулей - при отрицательной. Периодическое появление в регистре РгС цугов из нулей длиной, больше или равной т и единиц длиной более т, указывает на наличие гармонической помехи. Измеряя и усредняя на заданном интервале наблюдения количество элементов положительных и отрицательных цугов, можно оценить период гармонической помехи. Зная величину периода и номер отсчета последней смены полярности цуга, можно определить оценку фазы гармонического колебания.

Оценивание амплитуды гармонической помехи производится с использованием дополнительного порогового устройства, в котором значение порога ип выбирается как половина максимальной амплитуды входного сигнала. В этом случае оценка амплитуды гармонического сигнала вычисляется в соответствии с выражением:

ще а - число тактов, когда уровень входного сигнала выше порога \ип\; Ь - число тактов, когда уровень входного сигнала ниже порога |У/7|.. Значения длительностей а и Ь усредняются на интервале наблюдения.

Структура адаптивного УБП ШПС с возможностью защиты от мощных гармонических помех, представлена на рис.8. Предложенный метод обнаружения и оценивания параметров

гармонической помехи реализуется за счет использования регистра сдвига (РгС) из состава нелинейного фильтра и дополнительно введенного канала поиска и оценивания параметров (КПО) гармонической помехи. Для измерения периода и амплитуды гармонической помехи канал поиска и оценивания параметров содержит пороговое устройство (П) с двухсторонним порогом и блок

параметров (БОП) гармонической помехи: частоты, фазы и амплитуды, используемых для запуска генератора копии помехи (ГКП).

После заполнения регистра символами одного знака в блоке оценивания параметров помехи начинается подсчет числа элементов в цуге. Если по окончании цуга длиной более т регистр вновь заполняется таким же числом символов противоположного знака, то блок оценки параметров выносит решение о присутствии на входе гармонической помехи. Происходит разрыв цепи обратной связи нелинейного фильтра, и включается режим оценивания параметров гармонической помехи в течение заданного количества тактов.

Считываемые из регистра сдвига наборы бит позволяют подсчитать число элементов в цугах разного знака. Результаты работы порогового устройства пересылаются в блок оценки параметров, где рассчитываются значения параметров а и Ь. По окончании интервала наблюдения в микропроцессоре блока оценки параметров вычисляются оценки периода, фазы и амплитуды гармонической помехи. Полученные оценки параметров гармонической помехи используются для генерации ее копии, которая поступает на вычитающий вход сумматора для компенсации гармонической помехи.

На рис.9 и рис.10 построены графики вероятности распознавания т-значных комбинаций символов ПСП р(т,р~) в УБП без мер защиты от гармонической помехи и с компенсацией помехи при следующих условиях моделирования: т-1; коэффициент частотной расстройки отношении помеха-сигнал

Из графиков можно заметить, что к пятому-десятому такту работы УБП (время поиска и оценки параметров гармонической помехи на графиках не учтено) начинает проявляться эффект компенсации помехи, выражающийся в резком росте вероятности При соизмеримых мощностях гармонической помехи и шума (рис.10) в результате значительного влияния аддитивной смеси шума и полезного сигнала ШПС на точность оценивания параметров гармонической помехи, работа системы защиты от помехи становится менее эффективной. Во всех остальных случаях устройство защиты от мощной гармонической помехи функционирует достаточно эффективно - вероятность существенно возрастает, а потери от действия весьма мощных гармонических помех снижаются с 5-20 дБ (без мер защиты) до уровня 1-5 дБ.

р{щри) ">=7,Рэ =0дДт=0,5 р{т,р„) т=7,р1 =-6дЦу=0,5

Рис.9. Рис. 10

В заключении обобщены основные научные и практические результаты проведенных исследований.

Основные научные результаты

1. Проведена систематизация ПСП, которая позволяет обоснованно осуществлять выбор ПСП для заданного способа установления кодовой синхронизации.

2. Разработаны алгоритм и структура УБП, базирующиеся на нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС, что обеспечило использование статистической избыточности, заложенной при кодировании в ПСП.

3. Разработаны метод и структура адаптивной фильтрации дискретного параметра ШПС, позволяющие сократить время поиска ШПС по сравнению со стандартным методом последовательной оценки символов и снизить уровень ложных тревог.

4. Осуществлен количественный и качественный анализ помехоустойчивости и временных параметров УБП ШПС при наличии белого гауссовского шума.

5. Разработаны метод и блок защиты от гармонической помехи адаптивного УБП ШПС, основанные на обнаружении гармонической помехи и оценивании её параметров. Проведены исследования эффективности блока защиты УБП от мощных гармонических помех.

Практические результаты работы

1. Разработанные алгоритмы и структуры УБП позволяют применять ШПС при передаче информации в системах управления и контроля, что снижает мощность передатчиков и повышает степень конфиденциальности передаваемой информации,

2. Разработанные устройства ориентированы на практическую реализацию малыми техническими ресурсами и позволяют сократить в два-четыре раза время кодовой синхронизации ШПС.

3. Структура разработанного блока защиты от мощной гармонической помехи обеспечивает подавление помехи в УБП без значительного усложнения его структуры.

4. Разработаны рекомендации по цифровой реализации основных блоков УБП на современной элементной базе с возможностью применения компьютерных методов проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

5. Разработано прикладное программное обеспечение для исследований помехоустойчивости УБП с различными параметрами для различных сочетаний ШПС, шума и гармонических помех.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработка и исследование алгоритмов и устройств быстрого поиска псевдослучайных сигналов. Алгоритмы и устройства быстрого поиска псевдослучайных сигналов: отчет о НИР / Вятск. госуд. техн. ун-т; Рук. А.В. Частиков - Поиск-1; № ГР 01200001993, инв. № 0220016331, - Киров, 2001. - 55 с. - Отв. исполн. Е.В. Медведева.

2. Разработка и исследование алгоритмов и устройств для борьбы с узкополосными и подобными помехами в системах передачи информации с псевдослучайными сигналами: отчет о НИР / Вятск. госуд. техн. ун-т; Рук. А.В. Частиков, исполн. Е.В. Медведева и др. - Компенсация-1; №ГР 01200002902, инв. № 02200106332 - Киров, 2001.- 64 с. -Отв. исполн. В.В. Бабинцев.

3. Частиков А.В., Медведева Е.В. Исследование устройства быстрого поиска псевдослучайных сигналов //: Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология" - Киров, 2000. - В 3 т., т. 2. - С. 45-46.

4. Медведева Е.В. Анализ псевдослучайных последовательностей // Тез. докл. всерос. науч.-техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология" - Киров, 2001. - В 3 т., т. 2. - С. 59-60.

5. Медведева Е.В. Петров И.Е. Методы поиска шумоподобных сигналов // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-произюдство-технологии-экология" - Киров, 2002. - В 5. т., т. 1. - С. 45-46.

6. Петров И.Е., Медведева Е.В. Исследование характера ошибок нелинейной фильтрации при поиске шумоподобных сигналов // Тезисы докл. всерос. конф. "Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем" - Ульяновск, 2001. - С. 122-124.

7. Петров И.Е., Медведева Е.В. Механизм нелинейной фильтрации в устройстве поиска шумоподобных сигналов // Методы статистической обработки изображений и полей: Сб. науч. тр. Новосиб. электротехн. ин-та. - Новосибирск: НЭТИ, 2001. - С. 123-126.

8. Петров И.Е., Медведева Е.В. Исследование адаптивного устройства поиска ШПС // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология" - Киров, 2ОО1.-ВЗт.,т.2.-С.43-45.

9. Петров Е.П., Прозоров Д.Е., Медведева Е.В. Метод быстрой кодовой синхронизации псевдослучайных сигналов в сотовых системах связи // Тез. докл. IV междунар. науч.- техн. конф. "Электроника и информатика" - М.: МИЭТ, 2002. В 2 т., т. 2. - С. 217-218.

Ю.Прозоров Д.Е., Петров И.Е., Медведева Е.В. Поиск сложных сигналов на основе комбинированных последовательностей // Радиолокация, навигация, связь: Сб. докл. VIII междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж, 2002. - В 3 т., т. 1. - С.365-370.

11.Медведева Е.В., Частиков А.В. Одновременное обнаружение и распознавание шумо-подобных сигналов // Проблемы обработки информации: Вестник Верхне-Волжского отделения АТН - Нижний Новгород.- 2002.- Вып. №1 (3)- - С. 51-55.

12.Бабинцев В.В., Медведева Е.В., Частиков А.В. Применение цифрового сглаживающего фильтра для борьбы с гармоническими помехами // Радиолокация, навигация, связь: Сб. докл. IX междунар. науч.-техн. конф. - Воронеж, 2003. - В 3 т., т. 1.- С. 350-357.

13.Бабинцев В.В., Медведева Е.В. Метод совместного подавления гармонических и подобных помех // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология - Киров, 2003. - В 5 т., т. 2. - С. 89-90.

Н.Прозоров Д.Е., Медведева Е.В. Метод кодовой синхронизации в цифровых системах связи с многостанционным доступом // Цифровая обработка сигналов и ее применение: Сб. научн. трудов V междунар. конф. - М.: 2003. - С. 218-220.

15. Медведева Е.В. Классификация псевдослучайных последовательностей //Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-произюдство-технологии-экология - Киров, 2003. - В 5 т., т. 2. - С. 96-98.

16. Медведева Е.В. Сравнительный анализ характеристик псевдослучайных последовательностей // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология - Киров, 2003. - В 5 т., т. 2. - С. 98-99.

17. Разработка и исследование алгоритмов и устройств быстрого поиска псевдослучайных сигналов. Анализ псевдослучайных последовательностей: отчет о НИР / Вятск. госуд. ун-т; Рук. А.В. Частиков - шифр "Поиск-2"; №ГР 02.20.03.06170 инв. № 0203023110337 -Киров, 2003. - 29 с. Отв. исполн. Е.В. Медведева.

18. Медведева Е.В. Сравнительная оценка времени поиска шумоподобного сигнала адаптивным и неадаптивным приемными устройствами // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология - Киров, 2004. - В 5 т., т. 2. - С. 111-112.

19. Медведева Е.В. Сравнительная оценка времени поиска шумоподобного сигнала приемным устройством на основе нелинейной фильтрации и устройством поиска по методу Уорда // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология - Киров, 2004. - В 5 т., т. 2. - С. 108-110.

20. Медведева Е.В. Сравнительная оценка времени поиска шумоподобного сигнала адаптивным и неадаптивным приемными устройствами // Вятск. госуд. ун-т - Киров, 2004. -9 с. - Деп. в ВИНИТИ 29.04.2004, №737-В2004.

21. Медведева Е.В., Частиков А.В., Шакин В.Н. Помехоустойчивые коды в радиотехнике и связи: Учеб. пособие. - Киров: ВятГУ, 2004. - 68 с.

Медведева Елена Викторовна

Разработка устройств быстрого поиска шумоподобных сигналов для цифровых систем передачи информации

Автореферат

Подписано в печать 17.11.04 Формат 60x84 1/16

Бумага писчая Усл.печ.л. 1,1 Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. Зак. №533 Бесплатно

Текст напечатан с оригинального макета, представленного автором

610000, г. Киров, ул. Московская, 36. Редакционно-издательский отдел

© Вятский государственный университет, 2004.

Г»2 84 з 8

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ И МЕТОДОВ ПОИСКА

ШУМОПО ДОЕНЫХ СИГНАЛОВ

1.1. Характеристики шумоподобных сигналов, применяемых в цифровых системах передачи информации .,.

1.2. Классификация псевдослучайных последовательностей

1.3. Анализ методов кодовой синхронизации шумоподобных сигналов.

1.4. Выводы по главе

2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ И УСТРОЙСТВ БЫСТРОГО ПОИСКА ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ

2.1. Постановка задачи поиска шумоподобных сигналов

2.2. Синтез устройства быстрого поиска с нелинейной фильтрацией шумоподобных сигналов .—

2.3. Разработка адаптивного алгоритма нелинейной фильтрации шумоподобных сигналов

2.4. Исследования помехоустойчивости устройств быстрого поиска шумоподобных сигналов

2.5. Выводы по главе 2.

3. АНАЛИЗ ВРЕМЕНИ ПОИСКА ШУМОПОДОБНОГО СИГНАЛА УСТРОЙСТВАМИ БЫСТРОГО ПОИСКА

3.1. Сравнительная оценка статистических характеристик обнаружения устройствами быстрого поиска.

3.2. Сравнительная оценка времени поиска шумоподобного сигнала устройствами быстрого поиска.

3.3. Анализ временных затрат на распознавание шумоподобных сигналов устройствами быстрого поиска.

3.4. Разработка рекомендаций по аппаратно-программной реализации устройств быстрого поиска.

3.5. Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ЗАЩИТЫ УСТРОЙСТВ БЫСТРОГО ПОИСКА ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ ОТ ГАРМОНИЧЕСКИХ ПОМЕХ.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Анализ действия гармонических помех на устройство быстрого поиска шумоподобных сигналов.

4.3. Разработка метода защиты устройства быстрого поиска шумоподобных сигналов от мощной гармонической помехи. щ 4.4. Исследование эффективности устройства защиты от мощных гармонических помех.ИЗ

4.5. Выводы по главе 4.

В перспективных планах развития динамически развивающихся отраслей (нефтяной, газовой и др.) все большее внимание придается задачам мониторинга и управления удаленными объектами. Решение подобных задач требуется также в коммунальном городском хозяйстве. Системы газо-, водо-и теплоснабжения требуют оперативного и централизованного сбора технологической информации с многочисленных оконечных распределительных пунктов, оценки состояния объектов и, при необходимости, срочного вмешательства с целью предотвращения утечки или аварии. Аналогичные задачи стоят при управлении производственными процессами и охране разнообразных объектов, при оптимизации работы транспорта.

Одной из ключевых задач проектирования систем мониторинга и управления распределенными объектами является организация подсистем сбора и доставки информации, служебной связи. Прокладка кабельных линий связи до каждого объекта часто невозможна по техническим или финансовым соображениям. Одним из эффективных путей по обеспечению передачи информации является использование радиоканалов, что обусловлено факторами экономичности, мобильности и оперативности.

При использовании радиоканалов для передачи информации необходимо обеспечить надежную работу в условиях совместного использования выделенного частотного ресурса многочисленными радиоэлектронными системами. В связи с постоянным ростом количества и типов радиоэлектронных средств решить задачу достоверного приема информации в условиях сложной помеховой обстановки можно только за счет увеличения мощности радиопередающих устройств. Но введение в эксплуатацию радиоэлектронных систем с повышенным энергетическим потенциалом радиопередающих средств увеличивает уровень электромагнитного загрязнения [1]. Рост излучаемой мощности ограничен установленными пределами безопасности для человеческого организма и нормами, ограничивающими уровни мощности внеполосных радиоизлучений [2], побочных радиоизлучений [3] и индустриальных радиопомех [4,51.

Другой актуальной задачей, требующей решения, является повышение уровня конфиденциальности передаваемой по радиоканалу информации. Требование повышения степени защиты информации наиболее остро проявилось в современных условиях. Обеспечение информационной безопасности каналов сбора информации становится еще более актуальным в рамках декларированной программы усиления антитеррористической деятельности. В условиях усиления конкурентной борьбы возрастает роль защиты информации и в радиоканалах, используемых коммерческими структурами.

Значительно снизить степень электромагнитного загрязнения с одновременным повышением уровня конфиденциальности передаваемой информации при использовании радиоканала в цифровых системах передачи информации (СПИ) можно в случае использования сигналов с расширением спектра - шумоподобных сигналов (ШПС) [6-18].

Цифровые СПИ на основе ШПС обладают рядом важных преимуществ перед традиционными узкополосными системами, в частности, им не требуется выделенный частотный диапазон. Сегодня, когда частотные диапазоны - один из дорогих и дефицитных товаров, подобное свойство особенно привлекательно. Системы с ШПС имеют повышенную помехоустойчивость при воздействии преднамеренных и естественных помех, высокую энергетическую скрытность сигналов, повышенную пропускную способность, устойчивость к многолучевости и т. д.

Основой для формирования ШПС служат псевдослучайные кодовые последовательности (ПСП), используемые для модуляции сигнала несущей частоты. Свойства цифровых СПИ с ШПС непосредственно зависят от характеристик применяемых ПСП, основными из которых являются: "хорошие" автокорреляционные и взаимнокорреляционные характеристики, сбалансированность структуры, высокая эквивалентная линейная сложность, большой ансамбль сигналов, простота генерации [12-17,19-22].

Большинство известных ПСП не удовлетворяют в полной мере поставленным требованиям. Поэтому научная активность в области отыскания новых законов формирования ПСП остается устойчиво высокой, вследствие чего номенклатура ПСП постоянно расширяется. Возникла необходимость систематизировать известные и вновь разработанные ПСП, чтобы обеспечить возможность обоснованного выбора ПСП при проектировании цифровых СПИ.

Все ПСП условно можно разделить на линейные и нелинейные [1217,19-22]. Нелинейные последовательности значительно превосходят линейные ПСП по структурной скрытности, но для их генерации необходимы более сложные устройства формирования [22]. Повысить структурную скрытность позволяет также использование многозначных символов для построения ПСП, но за счет значительного усложнения схем формирования и обработки [16,21].

Широкое распространение для формирования ЩПС вследствие простоты генерирования и обработки получили линейные рекуррентные последовательности [6,8,13-16]. При использовании таких последовательностей повышения степени конфиденциальности можно достичь за счет увеличения базы сигнала, что усложняет процесс установления кодовой синхронизации. Существующие алгоритмы поиска ШПС для обеспечения кодового синхронизма имеют высокую вычислительную сложность или не удовлетворяют требованиям быстродействия.

Поэтому не прекращаются интенсивные исследования в области разработки методов и устройств быстрого поиска ШПС как у нас в стране, так и за рубежом. Если ранее сдерживающим фактором для внедрения методов быстрого поиска ШПС являлось недостаточное развитие элементной базы, то на современном этапе имеются признаки «дефицита» алгоритмов. Следовательно, разработка новых и совершенствование известных алгоритмов и устройств быстрого поиска (УБП) ШПС является актуальной задачей. .

К перспективным алгоритмам поиска относят метод последовательной оценки символов и его модификации [23-28]. Однако, известные методы последовательной оценки символов с увеличением длины ПСП не всегда позволяют достичь приемлемых уровней помехоустойчивости и времени вхождения в кодовый синхронизм.

Повысить помехоустойчивость метода последовательной оценки символов и сократить время вхождения в кодовый синхронизм можно за счет использования статистической избыточности, заложенной при кодировании в ПСП [29-32]. Применение в диссертационной работе аппроксимации ПСП сложной цепью Маркова и теории нелинейной фильтрации марковских процессов позволили получить рекуррентные уравнения фильтрации ШПС, на основе которых синтезированы УБП [А1,А2]. Результаты исследований помехоустойчивости разработанных устройств поиска бинарных ШПС [AI,A8,A11] показали более высокую эффективность, чем устройства поиска ШПС, предложенные Р. Уордом [33].

Важным достоинством разработанных устройств, является то, что в условиях априорной неопределенности о времени прихода ШПС они хорошо приспособлены для построения простых в реализации адаптивных устройств поиска ШПС с лучшими характеристиками, чем без адаптации.

В результате исследований установлено, что адаптивные устройства поиска ШПС обладают лучшими статистическими характеристиками обнаружения и распознавания, чем неадаптивные [А1,А8,А11]. Также в адаптивных устройствах поиска по сравнению с неадаптивными при отсутствии ШПС уменьшается время поиска ШПС за счет снижения количества ложных тревог. Сокращение времени поиска пропорционально получаемому за счет нелинейной фильтрации выигрышу в отношении сигнал-шум.

Быстрое совершенствование элементной базы, автоматизированных средств проектирования электронной аппаратуры, методов цифровой обработки сигналов, телекоммуникационных и информационных технологий позволяет сократить разрыв между теорией и практикой. С учетом этих требований разработаны принципы программно-аппаратурной реализации, на основе которых получены,.обеспечивающие минимум технических и временных ресурсов, варианты реализации основных блоков синтезированных устройств.

Указанные выше методы обработки ШПС основывались на предположении, что все параметры сигнала, за исключением информационного, известны, и на входе УБП действует только белый гауссовский шум. Такой подход является обоснованным, так как позволяет получить результаты, близкие к потенциально возможным.

В действительности на входе УБП цифровых СПИ могут воздействовать помехи, различные по мощности и характеру. Во многих фундаментальных работах по теории ШПС указано, что наиболее опасными для цифровых СПИ с ШПС являются мощные узкополосные, в частности гармонические помехи [3,11,35].

Исследования показали, что мощные гармонические помехи могут полностью нарушить нормальное функционирование разработанных устройств поиска ШПС [А2,А12,А13]. Важным достоинством синтезированных УБП, предназначенных для поиска ШПС в белом гауссовском шуме, является способность обнаруживать стационарные мощные гармонические помехи за счет структурных различий ШПС и гармонических помех.

Данные особенности синтезированных устройств поиска позволили разработать эффективный и простой в реализации метод подавления гармонической помехи, применимый в условиях полной или частичной информации о ее параметрах. Так, незначительное усложнение структуры УБП с нелинейным фильтром позволяет одновременно с поиском ШПС измерять цифровыми методами амплитуду и частоту обнаруженной гармонической помехи, а полученные оценки параметров помехи использовать для ее компенсации [А2,А13].

Проведенные в работе исследования показали высокую эффективность методов ослабления негативного действия гармонической помехи на устройство быстрого поиска ШПС.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов и устройств быстрого поиска шумоподобных сигналов при наличии белого гаус-совского шума и мощных гармонических помех в цифровых системах передачи информации, обеспечивающих низкий уровень электромагнитной загрязненности и повышенную степень конфиденциальности.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Проведение систематизации существующих ПСП, которая позволит обеспечить при проектировании цифровых СПИ обоснованный выбор ПСП на основе системного анализа их характеристик. Использование полученных результатов для анализа методов поиска ШПС и выбора метода, обеспечивающего сокращение времени поиска ШПС при допустимых технических затратах.

2. Разработка алгоритма и устройства нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС, построенных на двоичных линейных рекуррентных последовательностях, базирующихся на представлении ПСП марковским процессом с конечным числом состояний, и синтеза на основе разработанного метода структуры устройства поиска ШПС при действии белого га-уссовского шума.

3. Разработка метода адаптивной фильтрации дискретного параметра ШПС, построенных на двоичных линейных рекуррентных последовательностях, и синтеза на его основе алгоритмов и структур УБП ШПС в условиях априорной неопределенности о времени появления ШПС, позволяющих сократить время поиска ШПС.

4. Исследование механизма возникновения ошибок в адаптивном и неадаптивном УБП и помехоустойчивости разработанных устройств поиска в условиях действия белого гауссовского шума; проведение количественного и качественного анализа статистических характеристик УБП.

5. Разработка метода и устройства защиты УБП ШПС от мощной гармонической помехи и исследование эффективности устройства защиты.

6. Разработка принципов программно-аппаратной реализации разработанных УБП.

При теоретических исследованиях используются методы статистической теории связи, теории оптимальной нелинейной фильтрации, теории условных марковских процессов, математической статистики и методы статистического моделирования на ЭВМ.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты:

1. Результаты систематизации и системного анализа характеристик псп.

2. Алгоритм и структура УБП, которые базируются на нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС и позволяют по сравнению со стандартным методом последовательной оценки символов сократить время поиска ШПС при небольших затратах технических ресурсов.

3. Метод и структура адаптивной фильтрации дискретного параметра ШПС, обеспечивающие при отсутствии априорной информации о времени прихода искомого ШПС высокий уровень системных характеристик цифровых СПИ.

4. Результаты количественного и качественного анализа помехоустойчивости и временных параметров УБП при наличии белого гауссовского шума.

5. Метод защиты УБП от мощной гармонической помехи, основанный на свойстве нелинейного фильтра УБП обнаруживать гармоническую помеху за счет структурного отличия от искомого ШПС и оценивании цифровыми способами параметров помехи.

6. Результаты исследований эффективности блока защиты УБП от мощной гармонической помехи.

Новизна научных результатов состоит в следующем:

1. Проведенная систематизация ПСП обеспечивает при проектировании цифровых СПИ условий обоснованного выбора ПСП на основе системного анализа их характеристик и использование полученных результатов для выбора метода поиска ШПС, обеспечивающего сокращение времени поиска ШПС при невысоких аппаратурных затратах.

2. Представление двоичных рекуррентных ПСП в виде цепи Маркова позволило расширить рамки применимости теории условных марковских процессов в задачах синтеза алгоритмов и устройств поиска ШПС и выразилось в расширении класса фильтруемых процессов.

3. Разработанный метод адаптивной фильтрации дискретного параметра ШПС обеспечивает по сравнению со стандартным методом последовательной оценки символов сокращение времени поиска ШПС за счет повышения устойчивости режима фильтрации ШПС и снижения уровня ложных тревог.

4. Полученные аналитические выражения позволяют быстро получать количественные оценки помехоустойчивости и времени распознавания ШПС.

5. Разработанный метод защиты УБП от мощной гармонической помехи использует для ее обнаружения имеющиеся технические ресурсы УБП.

Практическая ценность результатов заключается в следующем:

1. Разработанные алгоритмы и структуры УБП позволяют применять ШПС для передачи информации в системах управления и контроля, что обеспечивает за счет снижения мощности передатчиков низкий уровень электромагнитной загрязненности и хорошую электромагнитную совместимость с другими системами, повышает степень конфиденциальности передаваемой информации.

2. Разработанные устройства ориентированы на практическую реализацию малыми техническими ресурсами и позволяют сократить время кодовой синхронизации в задачах поиска ШПС при наличии белого гауссовского шума и мощной гармонической помехи.

3. Структура разработанного блока защиты от мощной гармонической помехи обеспечивает подавление помехи в УБП без значительного усложнения структуры.

4. Разработаны рекомендации по цифровой реализации основных блоков УБП на программируемых СБИС с применением компьютерных методов проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

5. Разработано прикладное программное обеспечение для исследований помехоустойчивости УБП с нелинейным фильтром с постоянными и переменными параметрами в условиях раздельного и совместного воздействия любых сочетаний ШПС, шума и гармонических помех.

Разработанные алгоритмы и структуры устройств быстрого поиска внедрены в разработках для передачи телеметрической информации в ОАО "ВолгаТелеком" и ГП «Автоматика и вычислительная техника» и подтверждены актами внедрения. Полученные теоретические результаты легли в основу учебного пособия, которое совместно с разработанным прикладным программным обеспечением используются в ВятГУ на кафедре радиоэлектронных средств в учебном процессе по дисциплинам "Теория оптимального приема сигналов", "Теория информации и кодирования", "Телекоммуникационные технологии", о чем свидетельствует акт внедрения в учебный процесс.

Работа состоит из четырех глав.

В первой главе проводится анализ выбранной области исследований. С этой целью рассмотрены свойства ШПС, обеспечивающие высокую энергетическую скрытность сигналов цифровых СПИ, снижение мощности передаваемого сигнала, хорошую электромагнитную совместимость с другими системами. Выполнена систематизация известных ПСП, которые применяются для построения ШПС. Проведен анализ свойств и способов формирования ПСП, характеризующих приспособленность ПСП для применения в цифровых СПИ. Особое внимание уделено анализу методов кодовой синхронизации на основе быстрого поиска ШПС.

Установлено, что наиболее перспективными являются устройства поиска с последовательной оценкой символов, требующие для обнаружения и распознавания ШПС малых технических и временных ресурсов. Основой метода является предположение о возможности использования генератора ПСП на основе регистра сдвига для получения оценок символов ПСП искомого ШПС. Ограничивает применение метода недостаточная помехоустойчивость. Одним из возможных путей повышения помехоустойчивости метода является его оптимизация на основе синтеза алгоритмов и устройств, реализующих статистическую избыточность ПСП. Для решения данной задачи предлагается аппроксимировать ПСП сложной цепью Маркова и применить теорию нелинейной фильтрации марковских процессов.

В результате анализа области исследований очерчен и конкретизирован круг решаемых в работе исследований, определяющих актуальность поставленных в диссертации задач.

Во второй главе на основе представления двоичной рекуррентной последовательности сложной цепью Маркова с двумя состояниями, в которой каждый последующий символ однозначно определяется /w-значной комбинацией предыдущих символов получено уравнение фильтрации дискретного параметра ШПС. На базе разработанного алгоритма синтезировано УБП на основе нелинейного фильтра для поиска ШПС при постоянном значении параметра ри, являющегося элементом матрицы вероятностей перехода. Разработан метод адаптивной нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС, базирующийся на представлении двоичной ПСП искомого ШПС цепью Маркова с переменной матрицей вероятностей переходов. Исследован механизм нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС разработанных УБП и проведено исследование помехоустойчивости адаптивного и неадаптивного УБП с нелинейным фильтром.

В третьей главе получены выражения для статистических характеристик обнаружения ШПС в УБП с НФ. Определен выигрыш во времени распознавания ШПС на выходе адаптивного и неадаптивного УБП с нелинейным фильтром по сравнению с методом Уорда. Определено соотношение во времени распознавания ШПС на выходе адаптивного и неадаптивного УБП. Проведено исследование времени распознавания адаптивного и неадаптивного УБП ШПС. Разработаны принципы программно-аппаратурной реализации, на основе которых получены, обеспечивающие минимум технических и временных ресурсов, варианты реализации основных блоков синтезированных устройств.

В четвертой главе проведен анализ воздействия гармонической помехи на УБП с нелинейным фильтром, предложен метод борьбы с гармонической помехой, основанный на структурных различиях ШПС и гармонической помехи. Разработаны блоки оценивания в цифровой форме параметров гармонической помехи и компенсации мощных гармонических помех. Проведено исследование эффективности разработанного устройства защиты УБП ШПС от мощных гармонических помех.

Основные результаты диссертации опубликованы в 21 работе, в том числе 17-и статьях и тезисах в научно-технических журналах и сборниках трудов, учебном пособии с грифом УМО и трех отчетах по госбюджетным НИР.

Основные результаты диссертации опубликованы в 21 работе, в том числе 17-и статьях и тезисах в научно-технических журналах и сборниках трудов, учебном пособии с грифом УМО и трех отчетах по госбюджетным НИР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы разработана методологическая база для использования УБП ШПС в цифровых системах передачи информации с целью снижения электромагнитной загрязненности и повышения уровня конфиденциальности в условиях действия белого гауссов-ского шума и мощных гармонических помех. Основным итогом диссертации является решение научно-технической задачи разработки, анализа и реализации минимальными техническими и временными ресурсами новых алгоритмов и структур УБП на основе использования нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС, построенных на рекуррентных ПСП.

Основные научные результаты

1. Проведена систематизация ПСП, которая обеспечивает при проектировании цифровых СПИ условия обоснованного выбора ПСП на основе системного анализа их характеристик и использование полученных результатов для выбора метода поиска ШПС, обеспечивающего сокращение времени поиска при невысоких аппаратурных затратах.

2. Разработаны алгоритм и структура УБП ШПС, формируемых на двоичных рекуррентных ПСП, базирующиеся на нелинейной фильтрации дискретного параметра ШПС, позволяющие достигнуть сокращения времени установления кодовой синхронизации и не требующие для своей реализации значительных технических и временных ресурсов.

3. Разработаны метод и структура адаптивной фильтрации дискретного параметра ШПС, основанные на представлении двоичных ПСП искомого ШПС цепью Маркова с переменной матрицей вероятностей переходов, значения которой в каждом такте работы системы изменяются по результатам сравнения текущей оценки символа ПСП искомого ШПС и экстраполированной на такт оценки ожидаемого символа, полученной в УБП с НФ. Это позволяет при отсутствии априорной информации о времени прихода искомого ШПС достигнуть по сравнению со стандартным методом последовательной оценки символов более высокого уровня системных характеристик цифровых СПИ.

4. Осуществлен количественный и качественный анализ помехоустойчивости и временных параметров УБП ШПС при наличии белого гауссовского шума, мощной гармонической помехи.

5. Разработан метод защиты от мощной гармонической помехи на основе обнаружения и измерения в цифровом виде параметров помехи за счет использования имеющихся технических ресурсов адаптивного УБП ШПС, что позволяет обеспечить её компенсацию за счет незначительного усложнения структуры УБП с НФ.

6. Проведены исследования эффективности блока защиты УБП ШПС от мощных гармонических помех.

Практические результаты работы

1. Разработанные алгоритмы и структуры УБП позволяют применять ШПС для передачи информации в системах управления и контроля, что обеспечивает за счет снижения мощности передатчиков низкий уровень электромагнитной загрязненности и хорошую электромагнитную совместимость с другими системами, повышает степень конфиденциальности передаваемой информации.

2. Разработанные устройства ориентированы на практическую реализацию малыми техническими ресурсами и позволяют сократить время кодовой синхронизации ШПС в задачах поиска ШПС при наличии белого гауссовского шума и мощной гармонической помехи.

3. Структура разработанного блока защиты от мощной гармонической помехи обеспечивает ее подавление без значительного усложнения структуры УБП ШПС.

4. Разработаны рекомендации по цифровой реализации основных блоков УБП на программируемых СБИС с применением компьютерных методов проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

5. Разработано прикладное программное обеспечение для исследований помехоустойчивости устройств поиска на базе УБП с постоянными и переменными параметрами в условиях раздельного и совместного воздействия любых сочетаний ШПС, шума и гармонических помех.

Разработанные алгоритмы и структуры УБП внедрены в разработках для передачи телеметрической информации в ОАО "ВолгаТелеком и ГП "Автоматика и вычислительная техника" и подтверждены актами внедрения. Полученные теоретические результаты легли в основу учебного пособия, которое совместно с разработанным прикладным программным обеспечением используются в ВятГУ на кафедре радиоэлектронных средств в учебном процессе по дисциплинам "Теория оптимального приема сигналов", "Теория информации и кодирования" и "Телекоммуникационные технологии" и рекомендованы УМО по образованию в области телекоммуникаций для использования в других профильных вузах.

1. Иммореев И., Судаков А. Сверхширокополосные и узкополосные системы связи. Совместная работа в общей полосе частот // Электроника: Наука, Технология, Бизнес 2003, №2. С. 36-39.

2. Совместимость технических средств электромагнитная. Требования к ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям радиопередатчиков. Методы измерений и контроля. ГОСТ Р 50016-92. М.: Изд-во стандартов, 1993.

3. Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Устройства радиопередающие народнохозяйственного применения. Требования к побочным излучениям. Методы измерения и контроля. ГОСТ Р 50842-95. -М.: Изд-во стандартов, 1996.

4. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных, медицинских и бытовых высокочастотных устройств. Нормы и методы испытаний. ГОСТ Р 51318.1199. М.: Изд-во стандартов, 2000.

5. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от оборудования информационных технологий. Нормы и методы испытаний. ГОСТ Р 51318.22-99. М.: Изд-во стандартов, 2000.

6. Прокис Д. Цифровая связь / Пер с англ. под ред. Д.Д. Кловского. -М.: Радио и связь. 2000. 798 с.

7. Феер К. Беспроводная связь. Методы модуляции и расширения спектра / Пер с англ. под ред. В.И. Журавлева. М.: Радио и связь. 2000. - 520 с.

8. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью / В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин, Г.С. Нахмансон. М.: Радио и связь, 2003. - 640 с.

9. Павлов В.А., Павлов Р.В., Толстых Н.Н. Информационная безопасность беспроводных цифровых сетей // Технологии и средства связи. 2003, № 3. - С. 74-77.

10. Николаев В.П. Информационная безопасность мобильной связи // Технологии и средства связи. 2004, № 1. - С. 68-70.

11. Борисов В.И., Зинчук В.М. Помехозащищенность систем радиосвязи. Вероятностно-временной подход. М.: Радио и связь, 1999.

12. Диксон Р.К. Широкополосные системы / Пер. с англ. под ред. В.И.Журавлева. М.: Связь, 1979. - 302 с.

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

14. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / В.Б.Пестряков, В.П.Афанасьев, В.Л.Гурвич и др.; под ред. В.Б. Пестрякова. -М.: Сов. радио, 1973. 424 с.

15. Теория и применение псевдослучайных сигналов / А.И. Алексеев, А.Г. Шереметьев, Г.И. Тузов, Б.И. Глазов. Наука, 1969. - 365с.

16. Цифровые методы в космической связи / Под. ред. С. Голомба. Пер. с англ. / Под ред. В.И. Шляпоберского. М.: Связь, 1969. 272с.

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

18. Жодзишский А.И., Круглов А.В., Леонов М.С. Применение псевдошумовых сигналов в командно-измерительных системах и анализ помехоустойчивости процесса их синхронизации // Радиотехника. -1996, №4. С. 16-19.

19. Gong. G. New designs for signal sets with low cross-correlation, balance property and large linear span: GP(2) case / CACR, University of Waterloo, 1999.

20. Стельмашенко Б.Г., Тараненко П.Г. Нелинейные последовательности в широкополосных системах передачи информации // Зарубежная радиоэлектроника. -1988, № 12. С.З - 16.

21. Журавлев В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах связи. М.: Радио и связь, 1986. - 240 с.

22. Лосев В.В., Бродская Е.Б., Коржик В.И. Поиск и декодирование сложных дискретных сигналов. М.: Радио и связь, 1988. - 224 с.

23. Бархота В.А., Горшков В.В., Журавлев В.И. Синхронизация широкополосных систем связи // Итоги науки и техники. Сер. Связь.- М.: ВИНИТИ.- 1989.-т. 4.-С. 51-136.

24. Бархота В.А., Горшков В.В., Журавлев В.И. Системы связи с расширением спектра сигнала // Итоги науки и техники. Сер. Связь.- М.: ВИНИТИ. 1990. - т.5. - С. 186-227.

25. Стиффлер Дж. Теория синхронной связи / Пер. с англ. под ред. Э.М. Габидулина. М.: Связь, 1975. - 487 с.

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

27. Амиантов И.Н. Избранные вопросы статистической теории связи. -М.: Сов. радио, 1971, 416 с.

28. Стратонович Р.Л. Условные марковские процессы и их применение к теории оптимального управления. М.: МГУ, 1966. - 319 с.

29. Стратонович Р.Л. Применение теории процессов Маркова для оптимальной фильтрации сигналов // Радиотехника и электроника. 1960, №11.

30. Стратонович Р.Л. Оптимальные нелинейные системы, осуществляющие выделение сигнала с постоянными параметрами из шума // Радиофизика. 1959. - т.2, №6.

31. Уорд Р. Различение псевдослучайных сигналов методом последовательной оценки // Зарубежная радиоэлектроника. 1966, № 8. - С. 20-37.

32. Петров Е.П. Синтез алгоритмов и устройств фильтрации параметров статистически связанных импульсных сигналов в системах передачи непрерывных сообщений и изображений: Диссертация докт. техн. наук 05.12.17. -Киров, 1999.-324 с.

33. Милстайн Л.Б. Методы подавления помех в системах радиосвязи с широкополосными сигналами // ТИИЭР, 1988. т.76, №6. - С 19-36.

34. Гилл А. Линейные последовательностные машины / Пер. с англ. под ред. Я.З. Цыпкина. М.: Наука, 1974. - 288 с.

35. Виноградов И.М. Основы теории чисел. М.: Наука, 1981. - 176 с.

36. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки / Пер. с англ. Р. Блейхут; под ред. К.Ш. Зигангирова. М.: Мир, 1986. - 576 с.

37. Архипкин В.Я., Кренгель Е.И., Соколов А.Г. Псевдослучайные последовательности для систем связи с DS-CDMA // Радиолокация, навигация, связь: Сб. тр. VIМНТК. Воронеж, 2000. - т. 1. С. 856-861.

38. Мешковский К.А., Кренгель Е.И. Генерация псевдослучайных последовательностей Гордона, Милза, Велча // Радиотехника. 1998, №5. С. 33-37.

39. Кренгель Е.И. Новые результаты исследования линейной сложности классов последовательностей GMW // Радиолокация, навигация, связь: Сб. тр. VIII МНТК. Воронеж, 2002. - т. 1. С. 870-878.

40. Бакунин М.Г., Крейнделин В.Б., Терехов А.Л. Метод формирования М-последовательностей // Радиотехника. 1993, №10. - С. 42-44.

41. Кренгель Е.И., Мешковский К.А. Взаимная корреляция некоторых классов псевдослучайных последовательностей // Радиотехника. 2000, №6. - С.8-13.

42. Литюк В.И. Выбор ансамблей сложных сигналов для асинхронных адресных систем связи // Радиотехника. 2001, №7. - С. 73-75.

43. Цветков К.Ю., Стародубцев В.Г. Редецимированные дискретные последовательности с высокой эквивалентной линейной сложностью // Радиотехника. -1998, № 5.- С. 8-13.

44. Стародубцев В.Г., Цветков К.Ю. Алгоритм формирования и свойства дискретных редецимированных последовательностей для помехозащи-щенных систем связи // Радиолокация, навигация, связь: Сб. тр. Ill МНТК. -Воронеж. 1997. - С. 641-648.

45. Смирнов Н.И., Татарников А.А. Устройства формирования шумо-подобных сигналов на основе новых типов составных нелинейных последовательностей // Радиотехника. 1994, №2. - С. 23-28.

46. Бобрешов A.M., Браташов М.А., Дыбой А.В., Харин С.В. Использование сверхдлинных последовательностей в системах связи шумоподобными сигналами // Радиолокация, навигация, связь: Сб. тр. III МНТК. Воронеж. -1997.-С. 876-881.

47. Смирнов Н.И., Горгадзе С.Ф. Фазоманипулированные сложные сигналы с прямоугольными спектрами мощности // Радиотехника. 1995. - С. 2028-2036.

48. Кренгель Е.И. Троичные последовательности с почти идеальной периодической автокорреляцией // Цифровая обработка сигналов и ее применение. Сб. научн. трудов 5 Международной конференции. М.: 2004. - С. 236-239.

49. Мальцев С.В., Богуш Р.П. Быстрое декодирование кодов на основе последовательностей де Брейна // Радиоэлектроника. -2000, № 2.- С.79 80.

50. Смирнов Н.И. Алгоритмы и структуры устройств формирования составных нелинейных последовательностей для помехоустойчивых систем связи // Радиоэлектроника. 1991, №8. - С. 92-95.

51. Смирнов Н.И., Татарников А.А. Устройства формирования шумо-подобных сигналов на основе новых типов составных нелинейных последовательностей // Радиотехника. 1994, № 2. - С. 23-28.

52. Кренгель Е.И., Тиркель А.З., Холл Т.Е. Взаимная корреляция М и GMW последовательностей // Цифровая обработка сигналов и ее применение. Сб. научн. трудов 4 Международной конференции. М.: 2003. - С. 32-34.

53. Малыгин И. Коды, коды, коды.// Технологии и средства связи. -1999, № 2. С.68 -71.

54. Тараненко П.Г. Генерирование ансамблей нелинейных последовательностей // Радиоэлектроника. -1988, № 12. С.63 - 65.

55. Кругликов Н.В., Крейнделин В.Б. Ансамбль нелинейных псевдослучайных последовательностей с хорошими корреляционными свойствами // Радиотехника. 1994, № 8. - С.61 - 63.

56. Поставной В.И., Рагузин А.Е. Формирование характеристических М-последовательностей // Радиотехника. 1998, № 5. - С.31 - 32.

57. Гармонов А.В., Прилепский А.В., Фурсов С.В., Прилепский В.В. Оценка эффективности одного способа маскировки структуры сложных фа-зоманипулированных сигналов // Радиолокация, навигация, связь: Сб. тр. VIII МНТК. Воронеж. - 2003. - С. 628-633.

58. Смирнов Н.И., Горгадзе С.Ф. Длительность времени вхождения в синхронизм приемника шумоподобного сложного сигнала в спутниковой асинхронной системе передачи информации // Успехи современной радиоэлектроники. 1997, № 5. - С. 41-51.

59. Советов В.М. Исследование процедуры поиска составного сложного сигнала // Радиотехника. 1998, №5. - С. 27-30.

60. Харисов В.Н., Булавский Н.Т. Бесперебойный алгоритм синхронизации на основе фазовых измерений // Радиотехника. 2000, № 6. - С. 75-79.

61. Нахмансон Г.С. Оценка времени последовательного поиска сигналов с учетом априорной информации // Радиолокация, навигация, связь: Сб. тр. Ill МНТК. Воронеж. - 1997, т. 2. - С. 1078-1083.

62. Вейцель В.А., Жданов А.В., Жодзишский М.И. Стробовые корреляторы в навигационных приемниках с псевдослучайными сигналами // Радиотехника. 1997, №8. - С. 11-18.

63. Шаяхметов О.Х. Ускоренный поиск сложных сигналов с многопиковой корреляционной функцией // Радиолокация, навигация, связь: Сб. тр. III МНТК. Воронеж, 1997, т. 1. - С. 358-363.

64. Турин Р. Согласованные фильтры // Зарубежная радиоэлектроника. -1961, №3.-С. 49-56.

65. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. М.: Мир, 1967.-Т. 1.-498 с.

66. Гуткин JI. С. Теория оптимальных методов радиоприема при флук-туационных помехах. М.: Сов. радио, 1981. - 240 с.

67. Лезин Ю. С. Оптимальные фильтры с накопителем импульсных сигналов. М.: Сов. радио, 1969. - 167 с.

68. Давыдов И.В., Кудаев B.C., Провоторов Г.Ф. Определение среднего времени поиска широкополосного сигнала в сложной помеховой обстановке // Радиолокация, навигация, связь: Сб. тр. Ш МНТК. Воронеж, 1997, т. 1. - С. 493-496.

69. Долгочуб В.Т., Демиденко ГШ. Подавление узкополосных помех в широкополосных системах связи // Тр. ЦНИИ морского флота.-1978, № 234. С. 88-90.

70. Зинчук В. М., Лимарев А. И., Мухин Н. П., Парфенов В. И. Алгоритмы адаптивной цифровой фильтрации шумоподобных сигналов на фоне узкополосных помех и флуктуационного шума // Зарубежная радиоэлектроника. 1992, № 9. - С. 84-98.

71. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов / Пер с англ. Под ред. В. В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1988. - 440 с.

72. СПИСОК АВТОРСКИХ ТРУДОВ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

73. A3. Частиков А.В., Медведева Е.В. Исследование устройства быстрого поиска псевдослучайных сигналов // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология" Киров, 2000, т.2. - С. 45-46.

74. А4. Медведева Е.В. Анализ псевдослучайных последовательностей // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология" -Киров, 2001. В 3 т, т. 2. - С. 59-60.

75. А5. Медведева Е.В. Петров RE. Методы поиска шумоподобных сигналов // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. ' 'Наука-произюдство-технологии-экология" -Киров, 2002. В 5. т., т. I. - С. 45-46.

76. А6. Петров И.Е., Медведева Е.В. Исследование характера ошибок нелинейной фильтрации при поиске шумоподобных сигналов // Тезисы докл. всерос. конф. "Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем" Ульяновск, 2001. - С. 122-124.

77. А7. Петров И.Е., Медведева Е.В. Механизм нелинейной фильтрации в устройстве поиска шумоподобных сигналов // Методы статистической обработки изображений и полей: Сб. науч. тр. Новосиб. электротехн. ин-та. Новосибирск: НЭТИ, 2001. - С. 123-126.

78. А8. Петров И.Е., Медведева Е.В. Исследование адаптивного устройства поиска ШПС // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология" Киров, 2001. - В 3 т., т. 2. - С. 43-45.

79. А9. Петров Е.П., Прозоров Д.Е., Медведева Е.В. Метод быстрой кодовой синхронизации псевдослучайных сигналов в сотовых системах связи // Тез. докл. IV междунар. науч.- техн. конф. "Электроника и информатика" -М.: МИЭТ, 2002. В 2 т., т. 2. С. 217-218.

80. А10. Прозоров Д.Е., Петров И.Е., Медведева Е.В. Поиск сложных сигналов на основе комбинированных последовательностей // Радиолокация, навигация, связь: Сб. докл. VIII междунар. науч.-техн. конф. Воронеж, 2002. - В 3 т., т. 1. - С.365-370.

81. АН. Медведева Е.В., Частиков А.В. Одновременное обнаружение и распознавание шумоподобных сигналов // Проблемы обработки информации: Вестник Верхне-Волжского отделения АТН Нижний Новгород.- 2002.- Вып. №1 (3). - С.51-55.

82. А12. Бабинцев В.В., Медведева Е.В., Частиков А.В. Применение цифрового сглаживающего фильтра для борьбы с гармоническими помехами // Радиолокация, навигация, связь: Сб. докл. IX междунар. науч.-техн. конф. -Воронеж, 2003. В 3 т., т. 1.- С. 350-357.

83. А13. Бабинцев В.В., Медведева Е.В. Метод совместного подавления гармонических и подобных помех // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология Киров, 2003. - В 5 т., т. 2. - С. 89-90.

84. А14. Прозоров Д.Е., Медведева Е.В. Метод кодовой синхронизации в цифровых системах связи с многостанционным доступом // Цифровая обработка сигналов и ее применение: Сб. научн. трудов V междунар. конф. М.: 2003. -С.218-220.

85. А15. Медведева Е.В. Классификация псевдослучайных последовательностей // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология -Киров, 2003. В 5 т., т. 2. - С. 96-98.

86. А16. Медведева Е.В. Сравнительный анализ характеристик псевдослучайных последовательностей // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология Киров, 2003. - В 5 т., т. 2. - С. 98-99.

87. А18. Медведева Е.В. Сравнительная оценка времени поиска шумопо-добного сигнала адаптивным и неадаптивным приемными устройствами // Тез. докл. всерос. науч.- техн. конф. "Наука-производство-технологии-экология Киров, 2004. - В 5 т., т. 2. - С. 111-112.

88. А20. Медведева Е.В. Сравнительная оценка времени поиска шумопо-добного сигнала адаптивным и неадаптивным приемными устройствами // Вятск. госуд. ун-т Киров, 2004. - 9 с. - Деп. в ВИНИТИ 29.04.2004, №737-В2004.

89. ГП "Лаборатория автоматики вычислительной техники"1. Н. А. Чарушинг.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

90. Медведевой Елены Викторовны на тему "Разработка устройств быстрого поиска шумоподобных сигналов для цифровых систем передачи информации"

91. Методическое обеспечение для проведения учебных занятий нашло отражение в учебном пособии:

92. Медведева Е. В., Частиков А. В., Шакин В. Н. Помехоустойчивые коды в радиотехнике и связи: Учеб. пособие. Киров: ВятГУ, 2004. - 68 с.

93. Зам. декана факультета ПМТ А. Н. Онучин1. Зав. кафедрой РЭС,1. Председатель УМС1. А. И. Карпей1. Е. П. Петров