автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Синтез и анализ адаптивних алгоритмов пространственно-временной обработки многолучевых сигналов связи в условиях неопределенности их частотно-временной структуре

ХАРК1ВСБКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХШЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ РАДЮЕЛЕКТР0Н1КИ

УДК 621.396.677 На правах рукопису Т1ТАРЕНК0 Лариса Олександршна

СИНТЕЗ ТА АНАЛ13 АДАПТИВНИХ АЛГ0РИТМ1В ПРОСТОРОВО-ЧАСОВСН ОБРОБКИ БАГАТОПРОМЕНЕВИХ СИГНАЛ1В ЗВ'ЯЗКУ В УМОВАХ НЕВИЗНАЧЕННОСТ1 IX ЧАСТ0ТН0-ЧАС0В01 СТРУКТУРИ

Спешалыпсть 05.12.14 «Теорю телекомуншацш»

Автореферат дисертацп на здобуття паукового ступени кандидата техшчних наук

Харю п—1996

Дпесртацкю ь рукопис.

. Робота гшконаиа у Харывському державному техшчному уш-верепте! I радюелсктрошки.

Пауког.пп кершпнк — доктор техн1чннх паук, профссор По-попськнй В. В.

Офщппп опоненш:

доктор техшчних наук, професор Поляков П. Ф.;

доктор техшчних паук, профссор Корш'енко Л. Г.

Провина оргашзащя — науково-дос.-пднпн просктшш ¡нститут «Союз» (м. Харк1в).

Захист дцеертацп вибудеться «ехУ» жъёшшц 1996 р. о / г годиш на заЫдаиш спешалЬовано!' Ради Д 02.25.05 у Харывському державному техшчному ушверситеп радюслсктрошки за адрссою: 310726, Харкш, пр. Лешна, 14.

3 дмсергацкю можна ознайомитнея у б1блютсщ Харкшського державного техшчпого ушверситету радшелектрошки.

Автореферат розиглашш 1990 року.

ВЧЕНИП СЕКРЕТАР СПЕЦ ЮВАН01 РАДИ кандидат техшч аук

Безрук В. М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АШАЛЬНЮТЬ ТЕМИ ДИСЕРТАЦП: В сучасних телекомун1кац1й-их системах важливу роль в!д1грають багатопроменев1 канали в'язку: в д1апазонах коротких хвиль (КХ), в л!н1ях далекого ропосферного розповсюдження (ДТР), в л!н1ях зв'язку з рухоми-и об'ектами. Особлива 1х роль полягае в тому, що вони дозво-яють досягти низки корисних властивостей, серед яких е опера-ивн!сть зв'язку, в1дносно низька варт1сть, моб1льн1сть, прос-ота орган1зац11 зв'язку ха 1нше. Тому на ц1 канали звертають юобливу увагу, незважаючи на те, що прийом сигнал1в в умовах ¡агатопроменеёост1 являе собою важковир1шувальну проблему, в :отр!й мають бути врахован! особливост1 статистики корисних !игнал1в та завад, стратег!я ведения зв'язку та вимоги щодо 1кост1 передач1 1нформац11.

Серед р1зноман!тних метод1в, як1 забезпечують завадоза-;исний прийом, котоди просторово-часово! обробки (ПЧО) в1др1з-1яються т1ею важливою перевагою, що вони но вимагають зм1ни зежиму зв'язку та частотно-часово! структур« сигнал1в,' що пе-зедаються. Однак 1снуюч1 методи ПЧО, як! розроблен! такими в1-^омими вченими як П1столькорс 0.0., У1дроу В., Ширман Я.Д., та 1нш1 по р1зних причинах, особливо в умовах невизначенност1, зиявляються малоефективними. Б1лын1сть 1з цих в1домих алгоритме потребують врахуванпя особливостей частотно-часово! струк-тури корисних сигнал1в або того чи 1ншого режиму ведения зв'язку, знания окремих параметр!в корисних сигнал1в та завад. 1снуюч1 алгоритми також втрачають свою ефективн1сть при розши-ренн! просторового спектру, що характерно для КХ канал1в

зв'язку та при ДТР. У зв'язку з цим робота, яка направлена ь розробку метод!в завадозахисного прийому сигнал!в у багатопрс меневих каналах зв'язку в умовах апр1орно1 невизначенност1, достатньо актуальною, направленою на вир1шення важливн народногосподарських, а також деяких спец!альних завдань.

Дисертац!йн! досл!дження зв'язан1 з^ НДР зг!дно замовлен ням АкадемИ Наук Укра1ни (тема N 6), Нац!онального Космачног Агенства Укра!ни (держ. контракт 9-6194 в1д 25.03.94), М!нмаи прому (догов!р Р 8229/7 в!д 21.05.95) та М!ноборони Укра1ни.

МртОЮ роботи е розробка алгоритм!в завадозахисного прос торово-часового прийому сигнал!в у багатопроменевих канала зв'язку в умовах апр!орно! невизначенност! по в1дношенню д структури корисних сигнал!в та р1зноман!тних просторово-зосе реджених завад, та рэкомендац!й щодо 1х практичного вт1лэння.

НАУКОВЛ НОВИЗНА: 1. В дисертац!! розроблена достатньо за гальна марк1вська математична модель випадкових частково коге рентних пол1в сигнал1в та завад на виход1 прийомних'елемент! адаптивно! антенно! гратки (ААГ) р1зноман!тно! конф!гурац!1 яка в1дображае типовий статистичний стан у багатопромэневи каналах зв'язку та враховус можлив1сть отримання виб1ркови масив!в пол!в у реальному масштаб! часу з заданими статистич ними характеристиками.

2. 3 використанням виб!рково! ковар!ц!йно! матриц! сигна л1в та завад, метод!в регуляр!зац!1 розроблен! ефективн! алго ритми ПЧО' сигнал1в, як1 дозволяють придушувати р1зноман!тн просторово-зосереджен! завади у сектор!, який не зб1гасться сектором корисних сигнал!в, без використання 1нформац!1 пр

в

астотно-часову структуру сигнала. Новизна данних алгорито1в эляras в тому, що не зм1нюючи режиму передач1 1нформац11 та э .використовуючи 1нформац1ю про частотно-часову структуру игналу вдаеться ефективно придушити завади в р1зних, в тому лсл! у багатопроменевих каналах зв'язку, за допомогою лкористання метод1в регуляризац11 та 1нтервально1 оцДнки.

■ 3.'Проанал1зована як!сть алгоритм1в ПЧО для р1зноман1тних энф1гурац1й ААГ та р1зних статистичних моделей сигнал!в та за-зд. Новизна полягае в розробц! методики анал1зу алгоритм1в за-здозахисного прийому для антенних граток р1зно! конф1гурац!1.

4. Подан1 рекомендацП щодо практично! 'реал1зац11 алго-itmIb на цифрових процесорах обробки сигнал!в для антенних эаток р1зноман1тно! конф!гурац11. Новизна полягае в викорис-ihhi сучасно! элементно! бази, яка дозволяс реал1зувати опе-щ11, характерн1 для ПЧО сигнал1в, в реальному масштаб1 icy з урахуванням зм!ни умов розповсюдження рад1охвиль.

ПРАКТИЧНА Ц1НН1СТЬ роботи полягае в розробц! високоефек-1вних алгоритм1в завадозахисного прийому корисного сигналу у агатопроменевих каналах зв'язку та видач1 рекомендаций щодо i рвал1зац11 з використанням сучасних цифрових процесор1в обабки сигнал1в типа TMS 320 для р!зноман!тних конф1гурац!й ААГ.

АПР0БАЦ1Я PESyjIbTATIB РОБОТИ

OchobhI результати та положения дисертац1йно! роботи до->в1далися на перш!й М1жнародн!й конференц11 "Теория и техника эредачи, приема и обработки информации" (Туапсе 1995 р.), 1 перш!й М1жнародн1й конференцП "Теория и техника антенн" (арк!в 19Э5 р.), на сем1нар! "Теория и техника представления

й обработки случайных сигналов и полей" (Харк1в 1996 р.).

РЕАЛ13АЦ1Я РЕЗУЛЬТЛТ1В РОБОТИ: 0триман1 результата вике ристан! у зв1тах по НДР: двржбюджетн1 теми NN 269-1, 354-1 госпдогов!рн1 теми N 94-7, "Маснеж" - по замовленю СекцП npi ладних проблем HAH Укра1ни, "Микро" 1 "Марс" - по замовленю Е "Олимп" та "Проекция" - по замовленю НДП1 "Союз".

Результати дисертац1йно! роботи впроваджен1 у розробкг НДП1 "Союз", PIAH, а також ф1рмою "Д1он", що п1дтверджуетьс в1дпов1дними актами.

ПУБЛ1КАЦ11:

За результатами роботи опубл1ковано 13 роб1т, у то( числ1 1 стаття, 1 допов1дь,6 тез1в допов1дей,6 розд1л1в зв1т:

ОСОБИСТИЯ ВНЁССЖ АВТОРА:

Синтез 1м1тац1йно"1 модол.1 сигнал1в та завад у багатопр* меневих каналах, зв'язку для р1зноман1тних конф!гурац1й ААГ.

Розробка алгоритм1в ПЧО сигнал1в в ААГ р1зноман1тн( конф!гурац11 з застосуваннпм метод1в регуляр!зац11 та на ochi Bi 1нтервально1 оц1нки з урахуванням особливостей багатопром> невих канал1в зв'язку в умова?с anpiopnol невизначенност1 : в1дношенню до частотно-часово! структури сигнал1в.

Розробка методики анал1зу якост1 застосування розроблен алгоритм1в ПЧО сигнал1в. Комп'ютерне досл!дження ефективнос алгоритм!в для ААГ р1зноман!тно1 конф1гурац11.

Проведен розрахунок обчислювально! складност1 та часов затрат для алгоритм1в та видан! рекомендацН щодо практичного вт1лення.

0CH0BHI ПОЛОЖЕНИЯ, ВИНЕСЕН1 НА ЗАХИСТ:

1. Математична модель випадкових пол1в сигнап1в та завад < р1зних, в тому числ1 у багатопроменевих л1н1ях зв'изку, яка фаховуе особливост1 сигнально-завадових умов, характорних для тазаного типу канал1в, з выбором в1дпов!дних к1льк1снях ¡татйстик параметр1в сигнал1в та завад I з контролем цього зибору за допомогою виб1ркових статистичних процедур.

2. Алгоритми ПЧО сигнал1в, як1 дозволяють ефективно при-1ушити завади, захищаючи сектор кут1в приходу корисного 5агатопроменевого сигналу в умовах &пр1орно! нееизначенност1 3,0 частотно-часово! структур« цих сигнал!в та завад.

3. Методика анал1зу ефективност1 алгоритм!в ПЧО сигнал!в з ААГ р!зноман1тних конф!гурац1й, з урахуванням особливостей 5агатопроменевих каналов зв'язку в умовах апр1орно! невизна-«нност1 по в1дношенню до частотно-часово! структури сигнал1в, до передаться, яка дозволяс визначити залежн!сть вих1дного в1дношення потужностей сигналу/(завад + шуму) в1д кут1в приходу завади, р1вня флуктуац1й кута приходу корисного сигналу при р!зних умовах прийому.

4. РекомендацИ щодо практично! реал1зац11 алгоритм!в ПЧО сигнал1в для ААГ р1зноман!тних конф1гурац1й.

: ОБСЯГ РОБОТИ: Дисертац1йна робота складаеться 1з вступу, 4-х глав, заключения 1 3-х додатк1в. Робота м!стить 162 е., в тому числ! 107 с. тексту, 20 с. малюнк1в 1 таблиць, б1бл1огра-ф!ю з 50 найменувань на 4 е., додатк1в на 21 с.

2М1СТ РОБОТИ

У в с т у п I обгрунтовано актуальн1сть досл1джонь, сформульован! мота 1 основн! задач! дисортац1йно1 роботи, дана

стисла характеристика сут1 досл1ждень.

У п е р ш 1 й г л а в 1 проведен анал!з умов розловсюд кення рад1охвиль в каналах з Оагатопромвневостю. П1дкреслено що у теорП та практиц! зв'язку, при вир!шенн! р!зних наукови задач, виникае необх!ди!сть використовувати т! чи 1нш! стохас тичн! модел! сигнал1в та завад. Класична теор1я зв'язку, зде бЛлыаого, використовуе ергодичн1 модел!, як1 достатньо адеква но в!дображають сигнально-завадов1 умови. Але у деяк!х випад ках, особливо при розгляданн! сигнально-завадових умов, як швидко. зм1нюються, ергодично! модел! виявляеться недостатньо доводиться звертатись до тих моделей, як! в1дображають динам! ку зм1ни сигнально-завадових умов. В!домо, цо динам!ка добр в1дображаеться диференц!альними р!вняннями (ДР). Найб1льш шири ко розробленою математичною моделлю, яка в!дпов1дае цим р1вня; ням, виявляються р1вняння стану марк!вського випадкового проц! су. Ця модель використовусться для вир!шення задач ПЧО сигна л!в, як1 спрямован1 на пол!пшвння сигнально-завадових умов тобто для придушення зосередженних по спектру завад р1зно! пр] роди. Саме непередбачлив1сть парамэтр1в завад, властив!сть 1; з'являтися та зникати змушуе в!д1йти в!д добре розроблено! ергодично! модел! та перейти до марк!вських випадкових. динамич-них моделей.

Як в!домо, любий процес можно уявити у вигляд! сум1 двох компоненте:випадково! та регулярно!. У залежност! в!; сп!вв1дношення випадкових та регулярних квадратурних складови; в!др!зняють модел1 Релея, Райса, Хойта, р-вектора та !нш.

Синтезована модель сигнально-завадових умов на виход]

элементно! антенно'1 гратки за допомогою квадратурних' кладових на ochobI ДР:

d X(t) = F X(t) + В G n(t), (1)

dt

,e X(t) - дискретн1 просторов! реал1зац11 поля, що моделюеть-я, Р - 2Nx2N - матриця часових зв'язк1в, В - 2Nx2N - матриця мпл1туд, G - 2Nx2H - матриця просторово-квадратурних зв'яз-:1в, n(t) - 2Н-м1рний 01лий гаусовий иум (БГШ). Матриц! врахо-¡ують зв'язки як м1ж р1зними косАнусними квадратурами, так 1 [1ж ciHyсними, а також взаемн1 зв'язки м1ж KociHyc- i ¡¿нус-квадратурами.

Моделюванню п1длежали квадратурн1 компонента корисних сиг-<ал1в, завад та иум1в'на виход! N елементно! AAP

Ü(t) = üc(t) + Un(t) + Um(t). (2)

[ри цьому neprai дв1 компонента можуть мати як регулярну, так 1 ¡ипадкову складову, а шум - чисто випадковий гаусовий ö-коре-[ьований. Сума BefopiB U (t) являе собою частково когерентне мпадкове вузькосмуговв поло, ампл!тудно-фазовий розпод1л яко-■о залеж1ть в1д конф1г.урац11 АГ. При цьому розм1щ9ННЯ АЕ при-»'язуеться до системи полярних та дэкартових координат.

Ви<51рка, яка формуеться у в1дпов1дност1 з (1) сигнально-¡авадового поля використовуеться для проведения статистичного жал1зу алгоритму ПЧО на ochobI виб1рково! ковар1ц1йно! матри-

Синтезована модель адаптоваиа для найб1лыи характерних л1- • |1йних та к!льцових конф!гурац1й ААГ. Л1н1йна ААГ монш складна

иодо практичной реал1зац11, але к1льцева ААГ дозволяв приймат! сигнали, кут приходу яких зм1нюеться в межах 0?.360°, що особ •ливо важливо для вир1шення завдань зв'язку з багатьма кореспо] дентами. Адекватн1сть модел1 оц!нюеться на основ! анал!з; виб1ркових статистик.

Синтезована таким чином модель сигнал1в та завад дозволяв в залежност1 в!д сп!вв!дношення рогулярних та випадкових скла дових статистичних параметр!в квадратур одержувати т! чи 1нш1 прийнят1 для л!н!й зв'язку з багатопроменевостю, закони розпо-д!лу 1иов1рностей. Так, при некорельованих с!нусних та кос!ну| них квадратур, р!вних 1х дисперс!ях та нульових середн1х зна ченнях моделюеться закон розпод1лу обв1дно! Релея. В1дпов1дн1 одержуються 1нш! закони: Райса, Хойта, р-векторз 1 т.1. Разул тат зр1вняння виб!ркових статистик з теоретичними законами по казуе, що 1х р!зниця не перевищуе 20%, що зумовленно обмеженш обоягом виб1рок та похибкою обчислювань.

Модель узагальнюе в!дом! просторово-часов1 та поляр1за ц1йно-часов! модел1, оск!льки дозволяе врахувати ус! можлив випадки сполучень випадкових 1 .регулярних складових з р1зним 1х к!льк1сними сп!вв!дношеннями та кореляц1йними зв'язками.

Друга глава присвячена розробц1 алгоритм! ПЧО сигнал!в в умовах апр!орно! невизначеност! в!дкосн параметр1в корисних сигнал1в.

Специф!кою задач ПЧО сигнал1в, як1 вир1шуються в робот1, то, що !х результатом е не знаходження оптимальних вир1шуючи правил, а вир1шення першочергово! задач! пол!пшення сигнально завадових умов за рахунок придушення завад, як! заважають при

йому сигнал1в, з подальшим приняттям р1шення про сигнал. Таке р1пюння специф1чно i традиц!йно для ро01т У1дроу Б..- Ширмана Я.Д. Розд1лення процвдури прийому на два окремих етапи дозволяе спростити загальну задачу, оск!льки р1шення в один етап е до-сить "складне та, част!ш, - п!доптимальне, а отриман1 алгоритми-чутлив1 до апр!орних данних та до р1зних зм1н параметр1в сигна-л!в. Для вир1шення задач ПЧО сигнал!в необх1дна складна антена, яка складаеться з деяко! к1льк1ст1 антенних елемент1в (АЕ). При цьому к1льк1сть АЕ в1д1грае важливу роль, оск!льки при N АЕ вдаеться придушити (N-1) заваду.

Таким чином, задача ПЧО сигнал1в вир1шуеться як задача пол!пшення в1дношення сигнал/(завада+шум) у л1н1йн1й частин1 приймача. У цьому випадку, р1шення знаходиться шляхом л!н1йно-го зваженогоскладання сигнал!в у рознесених каналах прийому. При цьому сигнал на виход! загального суматора дор1внюс

2N

= (3)

1—1

де N - к1льк!сть г!лок рознесення або к!льк1сть АЕ,

WL - елемент вектора вагових коеф1ц1ент!в (ВВК), як1 визиа-чають ампл1тудо-фазовий розпод1л поля по апертур1 та струму в каналах ААГ.

1снують р1зн! алгоритми знаходження ВВК у залежност1 в1д критер1ю, на якому вони грунтуються. КриторП, в свою чергу, використовують р!зну апр1орну 1нформац1ю про сигнал.

Так, при використанн1 алгоритма, реал1зуючого критер1й м1-н1муму середньоквадратичного в1дхилення (МСКВ), необх1дна 1н-формац!я про структуру сигнала, що прийняли. Однак така 1нфор-

мац1я не завжди може бути в1дома при вир!шенн1 завдань зв'язку Таким чином, алгоритм, реал1зуючий кр!тер1й МСКВ, мохе бути ефективно використаний в тих випадках, коли структура випром1-нюваного та прийнятого сигналу одинакова та ц1лком в1дома.

В алгоритм!» реал!зуючий критер!й максимуму в!дношення сигнал/завада (МВСЗ), у якост! 1нформац1йного параметра вико-ристовуеться напрямок приходу сигналу. Однак настроювання ВВК виконуеться по завадах при в1дсутност! випром!нювання корисно-го сигналу, 1накшв в!н-може бути придушений. Це обмеження не заввди .може бути зд1йснено або ж потребус додаткових витрат, що робить небажаним застосування алгоритму МВСЗ у зв'язку.

Для вир1шування задач зв'язку найб1льш конструктивним с алгоритм, який реал1зуе критер1й м1н1муму вих1дно1 потужност1 (МВП):

min (WTR V7), (4)

• w.

1

• де Rkk~ К0Р9ЛЯЦ1йна матриця сигнал1в та завад, у якому настроювання ВВК може зд!йснюватися як при наявност1 корисного сигналу, так 1 при його в1дсутност1. Однак алгоритм забеспечуе формування ДН як в -напрямку приходу завад, так 1 корисного сигналу. Щоб захистити сигнал нообх!дно ввести обмеження на кут приходу корисного сигналу та синтезувати алгоритм який реал1зуе критер1й МВП завад з обмеженнями (МВПО):

•. »- р С V (5)

де ß - нормируючий коеф1ц1ент,

Yy - керуючий вектор, який завдас напрямок приходу корисного сигналу.

Однак в умовах багатопроменевост! не вдасться отримати точ

jy апр1орну 1нформац1ю про сигнал, що в1дбиваеться нвгативним

4ином на ефективность роботи алгоритму (5), ААГ починае приду-

пувити корисний сигнал.

Для усунення ефекту непередбаченного придушування

кориЬного сигналу в робот! моделюеться введения обмеження

на норму ВВК 1 тод! р1шення алгоритму приймае вигляд

Я = ß (Няк+ aI)~1Vy , (6)

де I-одиничная матриця,

а-д1йсн1й коеф1ц1ент, котрий також с регуляризуючим та до-

зволяе при обчислюванн! на ЭОМ запоб1гти виродженного р1шення.

Однак на- практиц1, а особливо в умовах багатопроыеневост!

в1домим е не конкретний кут, а сектор. Використовуючи

1нтервальну оц1нку отримуемо решения

W = Q (К . ((А-1- M)R >>» (7) •

min 2 ' кк

тобто власний вектор Q, який в1дпов1дае м1н!мальному власному числу матриц1 (А-1- Х2

В результат! компчотерних досл1джень, виявилось, що алгоритм, який будуеться на 1нтервальн1й оц1нки мае близьку до по-тенц1йно1 ст1йкост1 в багатопроменевих каналах зв'язку (малю-нок I), при неточн!й апр1орн1й 1нформац11 про корисний сигнал. На малюнку зображено граф!к залежност1 вих1дного в1дношення сигнал/(завада+шум) (ВСЗШ), яке знаходать за формулою

2n .

( s_w.uc)2

Г)(ВСЗШ) = 10 lg -2И 1-1--(8)

(.2 w.u )2 * и; 1=1 г

в!д входного в1дношення потужност1 корисного сигналу до диспер-cil шуму. Досл1джувалась триелементна ААГ з 1зотропними та не-

О 10 Рс/о2, дБ 30

Малюнок 1 - Граф1к залежн1ст1 ВСЗШ при помилц1

в завданн1 керуючого вектора

невзаемод1ючими елементами, межелементна в1дстань дор1внюс п!в-довжини хвил1, довжина хвил1 дор1внюс десяти метр1в. На гратку д1е корисний сигнал п1д кутом приходу ЗБ°, завада п1д кутом 15°, входне в1дношення потужностей завади та шуму - 20 дБ, по-милка в напрямку приходу корисного сигналу дор1внюе 10°. Цифрами позначен1 наступн1 крив1 1 - ефективность алгоритма (5), 2 - (6), 3 - (7), 4 - алгоритма (5) у випадку точно1 апр1орно1 1нформац11.

Третя глава присвячена розробц1 методики та до-сл!дженню ефективност1 алгоритм!в, реал1зуючих критер1й ЫВПО завад, за.критер1см ВСЗШ (8) для ААГ р1зноман1тно! конф!гура-ц11 у р!зних сигнально-завадових умовах.

По результатах комп'ютерного досл1джвння можно зробити висновок, що при великих кутових в!дстанях м!ж сигналом та за-

адою наиб!льш ефективною е к1льцева ААГ. При малих в1дстанях кутах - виграе л1н!йна, що зображено на малюнку 2. Малюнок 2 сжазуе залежн1сть вих1дного ВСЗШ в1д кута приходу завади. эсл1джувалась 12 элементна ААГ з !зотропними, невзаемод!ючими В, довжина хвил1 А.=10м, межелементна в1дстань дор1внюе 1вдовжини хвил1, корисний сигнал приходить п1д кутом 0°.

При зб1льшенн! к!лькост1 антенних елемент!в ефективн!сть чгоритм!в зростае та ААГ стае менш чутливою до р!зниц! кут!в, ) пояснюеться б!льш гострою направлен1сттю гратки при б1льш!й 1.льк!ст! АЕ.

При наявност1 флуктуац1й кута приходу корисного сигналу, > характерно для багатопроменевих канал!в зв'язку, регуляри-)ваний алгоритм (6) мае б!льшу ефективн1сть по зр!внянню з (рагуляризованим (5). При в1дсутност1 флуктуац!й рэгуляризо-1Ний алгоритм програе, тому що в цьому випадку при нерегуля-[зовано! процедур! апертура гратки максимальна. При пор1внян-. алгоритма (7), збудованого на основ! !нтервальной оц!нки, з горитмом (5) маемо виграш першого на 9..10 дБ. На малюнку 3 дображена залежн!сть вих1дного ВСЗШ в1д дисперс!'! кута приду корисного сигналу для 12 елементних л!н!йной та к!льцевой Г, кут приходу корисного сигналу дор1внюе 10°.

При введенн! коеф!ц!ента регуляр!зац!1 ефвктивн!сть эстае однаково для ААГ з л1н!йною та к!льцевою конф!гурац!ею 2..3 дБ для флуктуацИ кута приходу корисного сигналу в 3°, э снижуеться на 1..1.5 дБ при в1дсутност1 флуктуац!й 1ЛЮНОК 3 (1), (2)).

Застосування алгоритма, збудованого на основ! !нтерваль-

20

BC31I1, ДБ

-10

-20

\ /

'ч \ ( 1

S /

N /

\ 1

1 1

1 " 1

1 1

~т 1

1

-20

-10

е_

град

л!н1йна ААГ,------ к1льцева ААГ

20

Малюнок 2 - Граф1к в1дношення ВСЗШ в1д кута прихода завади для л!н1йной та кольцевой екв1д1стантних ААГ

ной оц1нки, дае виграш ефективнаст1 на 3..4 дВ при в!дсутност1 флуктуац!й та 9..10 дБ при наявност1 флуктуац1й кута приходу корисного .сигналу в 3° по зр1внянню з алгоритмом (Б) (малюнок 3 (1), (3)).

Четверта глава присвячена практичним роко-мендац1ям по реал1зац11 алгоритм1в на цифровому npouecopl об-обробки сигнал1в .cepll TMS 320.

Найб1льш конструктивним с застосування процесора тротього

всзш,

ДБ

14

И

8 .

0 I о|о, град 3

- - л1н!йна ААГ,------ к!льцева ААГ

Малюнок 3 - Граф1к залежн1ст1 ВСЗШ в1д дисперсП кута приходу сигналу для алгоритм1в (5)-1, (6)-2, (7)-3 для л1н1йно! та к1льцево1 екв1д1стантних ААГ

покол1ння, який можв реал1зовувати ус1 опврацИ, характврн1 для ПЧО сигнал!в та мае меньший за ус!х командний цикл.

Приведено розрахунок обчислювально! складност! та часоЕИх затрат для процесора третього покол1ння для алгоритм1в (6) 1 (7) та подана пор1вняльна оцХнка.

Подан1 рекомендацИ до конструктивного розм1щення АЕ. При флуктуацИ в1дстан! м!ж АЕ, яка розглядаеться як флуктуац!я

кутового положения джерел сигнал!в, що приймаються, ефективно-сть ААГ Суде знижуватись, тому, що максимум д!аграми напрямку буде зм1щений в!дносно напрямку прийому корисного сигналу. Зни-ження ефективност! за рахунок розкиду в1дстаней м!ж АБ спост!-регаеться при змвныпенн! к1лькост1 АВ та в!дстан! м1ж ними.

У заключенн1 сформульован1 основн! результати:

1. Розроблена математична модель випадкових пол1в сигна-л!в та завад у багатопроменевих л!н!ях зв'язку для ААГ р!знома-н!тио! конф1гурац11, яка дозволяе у залежност! в1д сп!вв1дно-шення випадково! та регулярно! квадратурних складових отримува-ти р!зн1, найб1льш характеры! для багатопроменевих канал!в закони роопод1лу 1мов1рностей ампл!туд сигнал1в.

2. Проведено контроль адекватност! модел1 реальним сигнально-завадовим умовам на основ1 виб!рково! статистики.

3. Синтезовано алгоритм ПЧО сигнал1в у багатопроменевих каналах зв'язку з застосуванням коеф1ц!ента регуляр1зац!1, який доЗволяе запоб1гти ефекту непередбаченного придушування корисного сигналу при неточн1й апр1орн!й 1нформац11 для ААГ р1зноман1тно1 конф!гурац!1.

4. Синтезован алгоритм ПЧО сигнал!в на основ! !нтерваль^ но! оц!нки, що особливо важливо для багатопроменевих канал1в зв'язку для ААГ р!зноман!тно! конф1гурац11.

Б. Розроблена методика та досл1джена залежн!сть ВСЗШ в1д кута приходу завади у випадкових та стац1онарних каналах зв'язку. Доведено, що ефективность у випадкових канал1в меньша, н!ж у стацЮнарних.

6. Доведено, що алгоритм, побудований на основ! !нтерваль-

но! оц1нки, при неточн!й априорн!й 1нформац11, що характерно для багатопроменевих канал!в зв'язку, мае близьку до потенц!й-

но! СТ1ЙК0СТ1.

7. Досл1джена залежн!сть ВСЗШ в1д кута приходу завади для р!зно"! к1льк1ст1 АЕ для AAP р!зноман!тно1 конф!гурац!1. Доведено, що при зб!льшенн1 к!лъкост! АЕ зростае ефвктивн!сть, а також знижуеться чутлив!сть ААГ до р!зниц1 кут1в приходу завади та корисного сигналу.

8. При зр!внянн1 ВСЗШ алгоритм!в синтезованих з класичним доведено, що ефективн1сть перших досягае 10 дБ при флуктуацП кута приходу корисного сигналу в 3°, що характерно для КХ канал!в, та канал!в ДТР.

9. Подан1 рекомэндацИ щодо застосування цифрового проце-сора типу TMS 320, розрахунок обчислювально! складност1 та ча-сових затрат. Приведен! рекомендацП до конструктивного розм!щення AB,

У додатках подан! акти про застосування результат^ роботи, алгоритми та л!ст1нги програм обчислювання. 0CH0BHI ПУБЛ1КАЦ11 ПО ТЕМ! ДИСЕРТАЦП

1. Поповский В. В., Тйтаронко Л. А., Паршиков В. В. Анализ адаптивных антенных решеток минимизирующих выходную мощность помех в многолучевых линиях связи.-М.: Радиотехника, N 8, 199S, С.47-48.

2. Поповский В. В., Титаренко Л. А. Использование спутниковых систем связи в учебном процессе ХИРЭ. //Тез. докл. НТК "Укрсатком-93", декабрь 1993г. - Киев, 1993, С.

3. Поповский В. В., Титаренко Л. А. Состояние и перспекти-

вы использования адаптивных методов в задачах обеспечения поме-хозалдоты военных средств и систем связи.// Материалы семинара Войск связи в Генеральном штабе КВИУС, - Киев, 1994, С. 67-80.

4. Поповський В. В., Поперешняк А. Г., Т1таренко Л. 0. РекомендацИ щодо практичного выкористання адаптивних антенних реш1ток для перешкодозахисного прийому сигнал1в в короткохвильовому диапазон1 в умовах апр1орно! невизначеннос-т1. //Тез. докладов НТК КВИУС, - Киев, 1994, С. 32.

5. Паршиков В. В., Пономарев Л. И., Титаренко Л. А. Анализ эффективности алгоритмов пространственно-временной обработки сигналов по критерию МВМО // Тез. докл. 1-й международной НТК "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", 18-21 сентября 1995. - Туапсе, 1995, С. 234

■6. Поперешняк А. Г., Титаренко Л. А., Назаренко В. В. Синтез и анализ . адаптивных антенных • решеток в условиях априорной неопределенности // Тез. докл. 1-й международной НТК "Теория и техника передачи, приема и обработки информации", 18-21 сентября 1995. - Туапсе, 1995, С.235.

7. Поповский В. В., Титаренко Л. А., Лебедев 0. Г. Анализ эффективности кольцевой адаптивной решетки // Тез. докл. 1-й международной НТК "Теория и техника антенн", 21-23 ноября 1995. - Харьков, 1995, С.45. Л. А. Титаренко

"Синтез и анализ адаптивних алгоритмов пространственно-временной обработки многолучевых сигналов связи в условиях неопределенности о их частотно-временной стуктуре", рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

по специальности 05.12.14 - Теория телекоммуникаций. - Харьковский государтсвенный технический университет радиоэлектроники, Харьков, 1996 г.

Работа посвящена актуальной задаче разработки и анализа алгоритмов помехозащищенного пространственно-временного приема сигналов в КВ каналах и каналах связи с ДТР в условиях априорной неопределенности в отношении частотно-временной структуры полезных сигналов и различного рода помех. Алгоритмы оптимизирует критерий минимума выходной мощности помех с ограничением на направление прихода полезного сигнала. Снижение чувствительности алгоритмов к неточностям.априорных данных о направлении прихода полезного сигнала и размытости его пространственного спектра обеспечивается решением задачи регуляризации с помощью добавления единичной матрицы с положительным коэффициентом к корреляционной матрицы. Учитывая многолучевой характер распространения радиоволн синтезирован алгоритм на основе интервальной сценки.

Анализ эффективности алгоритмов проводился с использованием обобщенной имитационной модели сигнально-помеховой ситуации на выходе многоэлементной антенной решетки, учитывающей максимальное число случайных и флуктуационных компонент.

В результате исследований установлено, что эффективность, уцененная по критерию выходного отношения мощностей сигнала и юмех, регуляризованного алгоритма выше по сравнению с -(ерегуляризованной процедурой на 5..6 дБ. Алгоритм :интезированный на основе интервальной оценки дает выигрыш в 3..4 дБ по сравнению с регуляризованным алгоритмом.

Larlsa A. Tltarenko

"Synthesis and. analysis oi adaptive algorithms for spatial-temporal processind of communication multipath signals under uncertainty condions in their frequency-temporal structure", manuscript. The thesis nominated for the candidate's degree on the speciality 05.12.14 - Telecommunication theory, Kharkov State Technical University of Radloelectronics, 1996.

The thesis is devoted to the development and analysis of algorithms of noise immune spatial-temporal signals reception under apriori uncertainty conditions referring to the legitimate signals frequency-temporal structure and interferences of all kinds. The algorithms implement the minimum criterion of noise input pover with limitations to the legitimate signal arrival direction. Decrease In the algorithms sensitivity to inaccuracies in apriori data on the legitimate signal arrival direction and its spatial spectrum spreading Is ensured by the regularizatlon problem solution adding the unitary matrix with a positive coefficient to the correlation matrix. Taking into account the multipath nature of radio waves propagation, an . algorithm mas synthesized In terms of the Intervals estimate.

The algorithms efficiency wsa analysed wiyh application ol the generalized simulation model of the 3ignal-noise situation in the output of multielemental antenna array taking into account the maximum number of randon and fluctuation components.

• As a result of investigations it was determined that the regularized algorithm efficiency, estimated by the criterion o: the output relation of signal and noise power, is 5..6 dB hlg-

her when compared with a non-regularized algorithm. The algorithm synthesized in terms of the interval estimate provides the gain of 3..4 dB when compaved with the regularized algorithm.

Ключов! слова: просторово-часова обробка сигнал1в, корисний сигнал, завала, щум, адаптивна антенна гратка.

TITAPEHKO ЛАРИСА 0ЛЕКСАНДР1ВНА

СИНТЕЗ ТА АНАЛ13 АДАПТИВНИХ АЛГ0РИТМ1В ПРОСТОРОВО-ЧАСОВО! ОБРОБКИ БАГАТОПРОМЕНЕВИХ СИГНАЛ1В ЗВ'ЯЗКУ В УМОВАХ НЕВИЗНАЧЕННОСТГ IX ЧАСТ0ТН0-ЧАС0В01 СТРУКТУРА

АВТОРЕФЕРАТ дисертацИ на здобуття наукового ступоня кандидата техн1чних наук

В1дпов1дальний за випуск Поповський В. В.

Идписано до друну 22.09.96р. Друк. арк. J.5. Формат 60x84/16. lanip друкарський. Тираж 100. Зам.12/214-96

Друкарня ХВУ

м. XapKiB, пл. Свободи, 6