авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||

Синтез алгоритмов и устройств нелинейной фильтрации последовательностей многозначных импульсных сигналов

-- [ Страница 5 ] --

Исследования показывают, что использование квазиоптимальных каналов оценки амплитуды и задержки вместо оптимальных упрощает структуру ПУ и ухудшает выигрыш в мощности приемного устройства в рассмотренных условиях не более чем на 0.5 дБ. Таким образом: 1) помехоустойчивость приема коррелированных последовательностей радиоимпульсов с гауссовскими флуктуирующими амплитудой и задержкой при наличии каналов оценки амплитуды и задержки выше, чем при отсутствии этих каналов; 2) выигрыш в мощности сигнала ПУ при наличии каналов измерения непрерывных параметров сигнала зависит от интервалов корреляции амплитуды и задержки и растет с увеличением интервала корреляции и, также при уменьшении отношения сигнал/шум на входе ПУ.

В реальных системах связи сведения о степени корреляции параметров сигналов могут быть неизвестными либо изменяться с течением времени. В этих условиях целесообразно осуществлять прием сигналов устройствами, построенными на основе адаптивных алгоритмов фильтрации.

Синтезирован адаптивный алгоритм фильтрации дискретного параметра сигнала, аппроксимируемого простой однородной цепью Маркова:

, (45)

(46)

, , ,

где – средняя длина цуга одинаковых значений дискретного параметра сигнала; – число пересечений нуля сигналом на выходе фильтра на интервале адаптации; – порог при котором прекращается адаптация; – интервал адаптации.

Для вывода адаптивного алгоритма фильтрации задержки радиоимпульсов уравнение (43) преобразовано к виду

. (47)

На основе аппроксимации бинарной последовательности знаков приращений (47) однородной стационарной цепью Маркова находится средняя длина цуга на r-м шаге адаптации и на ее основе вычисляется оценка вероятностей перехода значений задержки и оценка коэффициента корреляции полученной бинарной цепи:

. (48)

Тогда оценку коэффициента корреляции задержки можно вычислить по формуле

. (49)

Оценка коэффициента корреляции флуктуаций амплитуды импульсов ШПС вычисляется аналогичным образом.

Предложенный метод адаптивного вычисления статистических характеристик амплитуды и задержки эффективен в широком диапазоне изменения коэффициентов корреляции флуктуаций амплитуды и задержки сигнала ( и ) и дает проигрыш по отношению к оптимальной нелинейной фильтрации не более 0.5 дБ.

В главе также рассмотрена задача синтеза алгоритма совместной фильтрации параметров коррелированных последовательностей многозначных дискретнозначных импульсных сигналов. Синтезировано многоканальное ПУ, в котором в канале приема радиоимпульсов старшего разряда двоичного сигнала осуществляется оценка дискретного параметра сигнала, амплитуды и задержки радиоимпульсов. Оценки непрерывных параметров сигнала используются далее в остальных каналах ПУ.



В главе 5 решается задача синтеза устройств совместной нелинейной фильтрации дискретного и непрерывных параметров ШПС. Предполагается, что дискретный параметр ШПС является сложной детерминированной цепью Маркова с двумя значениями и , амплитуда флуктуирует по релеевскому или гауссовскому закону, а остальные непрерывные параметры сигнала – по гауссовскому закону. Исследуется помехоустойчивость синтезированных ПУ.

Будем считать, что на входе ПУ действуют аддитивная смесь ШПС и белого гауссовского шума

, (50)

где – дискретный параметр ШПС; – сопутствующие параметры, постоянные на интервале наблюдения T, где - период тактовой частоты работы системы. Амплитуда сигнала a – релеевский случайный марковский процесс, удовлетворяющий дифференциальному уравнению (30), а непрерывные параметры - гауссовские случайные марковские процессы, удовлетворяющие уравнениям (31).

С учетом результатов, полученных в главах 2 и 4, алгоритм фильтрации дискретного параметра ШПС для указанных условий описывается уравнением

, (51)

где – логарифм отношения апостериорных вероятностей значений дискретного параметра ШПС; оценка вычисляется по уравнению (19).

Алгоритмы фильтрации амплитуды и неэнергетических параметров ШПС, флуктуирующих по релеевскому закону идентичны уравнениям (33) и (35).

Вторая часть главы 5 посвящена приему ШПС в условиях многолучевого распространения. При распространении ШПС в условиях многолучевости, амплитуда и задержка сигнала приобретают в каждом из лучей случайный характер. Поэтому для обеспечения слежения за параметрами сигнала в каждом из принимаемых лучей необходимо, чтобы приемное устройство одновременно с выделением дискретного параметра двоичного сигнала измеряло бы его амплитуду и задержку. Для отыскания алгоритма работы такого ПУ используются результатами, полученные в главе 2.

Предполагается, что по каналу связи передается ФМ-сигнал, манипулированный в соответствии с законом формирования МЛРП, а флуктуации непрерывных параметров ШПС подчиняются гауссовскому закону.

При многолучевом распространении и приеме в "белом" шуме с односторонней спектральной плотностью сигнал на входе приемного устройства представляет сумму сигналов, пришедших по различным лучам и собственного шума приемника. Следовательно, в каждом такте принимается сигнал:

, (52)

где L – число лучей, в общем случае величина случайная, медленно меняющаяся на протяжении суток и сезона; – амплитуда сигнала l-го луча, состоящая из среднего значения и случайной величины ; – среднее время задержки l-го луча; – истинное значение задержки l-го луча относительно . Требуется разработать алгоритм фильтрации и синтезировать на его основе ПУ ШПС в условиях многолучевого распространения.

Алгоритм фильтрации дискретного параметра сигнала l-го луча ШПС синтезирован в виде:

. (53)

где – логарифм функции правдоподобия в экстраполированной точке оценки амплитуды и задержки сигнала в lм луче.

Уравнения нелинейной фильтрации амплитуды и задержки сигнала l-го луча идентичны уравнениям (38) и (41) соответственно.

Анализ показывает, что при небольших по мощности флуктуациях непрерывных параметров уравнение (53) сводится к нелинейному уравнению (18) нелинейной фильтрации дискретного параметра двоичных ШПС при априорно известных непрерывных параметрах сигнала.

ПУ реализующее алгоритм совместной нелинейной фильтрации дискретного параметра (53), амплитуды (38) и задержки импульсов ШПС (41) состоит из каналов оценки параметров ШПС, приходящего по l-му лучу. Канал выделения дискретного параметра сигнала содержит синхронный детектор (СД) фазоманипулированного сигнала и нелинейный фильтр, структура которого описана во второй главе.

jpg" alt=" Вероятность правильного-377"> Рис.16. Вероятность правильного
распознавания ШПС
(, , ).

Результаты исследования помехоустойчивости ПУ, реализующего совместную фильтрацию параметров ШПС периода иллюстрируют рис.16. Толстые линии рис.16 соответствуют случаю совместной фильтрации амплитуды и задержки ШПС; тонкие линии – фильтрации только дискретного параметра ШПС. Результаты показывают существенное увеличение вероятности правильного распознавания ШПС, обусловленное оценкой флуктуаций амплитуды и задержки сигнала при многолучевом распространении. Таким образом, синтезированный нелинейный алгоритм совместной фильтрации параметров ШПС позволяет скомпенсировать снижение помехоустойчивости приема ШПС, вызванное флуктуациями непрерывных параметров сигнала.

В шестой главе исследуются характеристики помехоустойчивости устройств поиска ШПС в условиях действия на входе ПУ искомого сигнала, мощных подобных помех (ПП) и белого гауссовского шума. Предложен метод обнаружения и распознавания ПП для их поочередной компенсации, основанный на представлении дискретного параметра ПП дискретнозначным марковским процессом.

Рис.17. Зависимость вероятности распознавания от мощности ПП, – отношение помеха/сигнал по мощности.

Помехи со структурой, близкой к полезным сигналам и называемые подобными помехами (ПП), являются одним из часто встречающихся в СПИ с ШПС типом помех.

Совокупность всех причин, влияющих на помехоустойчивость ПУ с НФ, при наличии ПП и шума не позволяет получить приемлемых аналитических выражений для оценки помехоустойчивости ПУ с НФ, поэтому количественные оценки помехоустойчивости получены путем цифрового моделирования.

Помехоустойчивость ПУ в основном определяется отношением мощности полезного сигнала к суммарной мощности помех (рис.17). Исследования показывают, что структура ПП практически не влияет на вероятность распознавания ШПС .

Будем считать, что все ПП, действующие на входе адаптивного ПУ с НФ, являются независимыми и представляют собой ШПС, построенные на МЛРП периода отличными от периода искомого ШПС. В таком предположении сигнал на входе ПУ с НФ представляет собой аддитивную смесь вида

, (54)

где , - искомый ШПС, - i-я ПП, - белый гауссовский шум; - векторы значений дискретного параметра искомого ШПС длиной k и qй ПП.

Так как искомый ШПС и ПП сформированы на основе двоичных рекуррентных ПСП максимального периода, отличающиеся лишь структурой и периодом ПСП, то можно считать их квазиортогональными. Тогда в силу независимости и подобия искомого ШПС и ПП для вывода уравнений фильтрации дискретного параметра ПП использована методика аналогичная описанной в главе 3.

Уравнения совместной фильтрации дискретного параметра искомого ШПС и ПП получены в следующей форме:

(55)

где последнее слагаемое обусловлено появлением Q ПП, действующих на входе ПУ.

В случае полной компенсации ПП (55) можно записать в виде

. (56)

Уравнение (55) и (56) являются основой для синтеза ПУ ШПС с компенсацией ПП.

ПУ с каналами одновременной фильтрации ПП и блоком компенсации, реализующее алгоритм (55) уже при числе ПП =3-5 представляет собой сложное для реализации устройство. Упростить устройство можно, если выбрать тактику поочередного последовательного обнаружения и измерения параметров, начиная с наиболее мощной ПП, с последующей ее компенсацией. В этом случае в ПУ с НФ количество каналов фильтрации ПП сократится до одного (рис.18) и сложность устройства не будет зависеть от числа ПП, но при этом время компенсации увеличится.

Основной задачей микропроцессорного центрального устройства управления (ЦУУ, рис.18) является эмуляция решающего устройства обнаружения и распознавания искомого ШПС (формируемого в соответствии с коэффициентами порождающего полинома ).

 Приемное устройство для-399 Рис.18. Приемное устройство
для последовательного поиска ПП.




Работу канала оценивания параметров ПП координирует периферийное устройство управления (ПУУ), реализующее алгоритм распознавания и оценивания амплитуды ПП. В исходном состоянии режим компенсации выключен ключом (К).

Проведено исследование помехоустойчивости адаптивного ПУ с НФ при наличии блока защиты от ПП, осуществляющего компенсацию ПП после обнаружения ПП на основе оценивания структуры и амплитуды ПП.

Моделирование проводилось при следующих условиях: а) для искомого ШПС степень порождающего полинома ПСП =9, отношение сигнал-шум =-3 дБ: б) для ПП степень порождающего полинома ПСП =7; отношения помеха-сигнал 6…9 дБ.

Из анализа полученных результатов можно сделать вывод, что потери от действия ПП составляют 8 дБ при 6 дБ и 14 дБ для 9 дБ. За счет введения компенсации на основе оценивания структуры и амплитуды ПП потери снижаются до 1.5-2 дБ. Подтверждено очевидное предположение, что чем больше мощность ПП превосходит суммарную мощность искомого ШПС и белого шума, тем больше вероятность обнаружения ПП, точность оценивания ее параметров ПП и степень компенсации ПП.

Во второй части главы 6 рассматривается воздействие ПП на ПУ с РСФ и методы защиты от ПП приемного устройства с РСФ. Получены результаты, свидетельствующие об ухудшение помехоустойчивости ПУ в условиях действия нескольких активных абонентов системы связи, создающих ПП приему полезного сигнала.

Структурная схема ПУ с использованием блока дополнительной обработки сигнала на основе РСФ приведена на рис.19. Сигнал с выхода дискриминатора (Д) поступает на вход устройства поиска и оценки параметров подобной помехи на основе рекуррентного согласованного фильтра (РСФ2). При превышении заданного значения порога в некотором канале РСФ2 устройство управления (УУ) записывает напряжение на выходе канала в регистр (РГ). Одновременно с этим осуществляется управление m-канальным ключом SEL2 (m – база регистра сдвига, формирующего ПСП помехи), где производится сложение по модулю два символов соответствующих ячеек регистра (РГс). Регистр сдвига Ргс генерирует ПСП аналогичную ПСП помехи и синхронную помехе. Свойства МЛРП позволяют выбором логики связей ключа SEL2 получить любой заданный сдвиг генерируемой ПСП. На выходе аттенюатора (АТТ) формируется оценка мгновенной амплитуды помехи, которая затем перемножается с ПСП помехи. Результат вычитается из принимаемого сигнала. Настройка на структуру помехи осуществляется управлением L-1–канальным ключом SEL1, а также логикой обратных связей регистра сдвига РГс.

 Структура ПУ с блоком подавления-406 Рис.19. Структура ПУ с блоком подавления подобных помех на основе РСФ.

Расчет отношения сигнал/структурная помеха на выходе компенсатора ПП, выполненный моделированием ПУ рис.19, показал выигрыш 15 дБ в условиях =31; = - 6 дБ; = - 3 дБ. Недостаток устройства со структурой рис.19 заключается в значительном усложнении ПУ.

В главе 7 рассматриваются варианты аппаратурной и программной реализации в цифровом виде нестандартных блоков и узлов синтезированных ПУ с учетом современной элементной базы. Анализируются возможные варианты реализации типовых узлов цифровой обработки сигналов на базе универсальных и специализированных больших интегральных схем (БИС). Приводятся примеры оригинальных в инженерном отношении разработок часто повторяющихся блоков и узлов рассматриваемых ПУ. Указываются возможные пути практической реализации разработанных ПУ, имеющих высокую степень однородности структуры, на основе заказных и полузаказных БИС отечественного и зарубежного производства. Спроектирован универсальный модуль цифровой обработки сигналов на основе высокопроизводительного сигнального процессора TMS320C6713, позволяющий программно реализовывать сложные нелинейные алгоритмы цифровой обработки сигналов в радиотехнических и радиолокационных системах. Разработана аппаратно-программная реализация синтезированных алгоритмов.

В Заключении дан анализ результатов диссертационной работы.

Теория условных марковских процессов распространена на синтез алгоритмов нелинейной фильтрации случайных коррелированных и детерминированных последовательностей многозначных импульсных сигналов, представляющих собой простые и сложные цепи Маркова с произвольным числом дискретных значений. В соответствии с поставленной целью и предложенным для ее достижения подходом, получены следующие основные научные результаты:

1. Впервые разработан оптимальный алгоритм нелинейной фильтрации и на его основе синтезирована структура ПУ коррелированной последовательности многозначных импульсных сигналов на фоне белого гауссовского шума, обеспечивающий выигрыш до 8 дБ по мощности сигнала при коэффициенте корреляции последовательности , отношении сигнал/шум на входе ПУ дБ, числе значений дискретного параметра сигнала .

2. Разработан алгоритм адаптивной нелинейной фильтрации и на его основе синтезирована структура адаптивного ПУ коррелированной последовательности многозначных импульсных сигналов на фоне белого гауссовского шума, уступающий в помехоустойчивости оптимальному ПУ не более 0.5 дБ в диапазоне отношений сигнал/шум дБ при точности оценки коэффициента корреляции последовательности 5%.

3. Разработан квазиоптимальный алгоритм нелинейной фильтрации и структура ПУ коррелированной последовательности импульсных многозначных сигналов, обеспечивающий 15-кратное уменьшение вычислительной сложности по сравнению с оптимальным алгоритмом при снижении помехоустойчивости ПУ менее 1 дБ в диапазоне отношений сигнал/шум 1 |   ...   | 3 | 4 |

5
|
 
Авторефераты диссертаций  >>  Авторефераты по Радиотехнике

Похожие работы:








наверх


 
<<  ГЛАВНАЯ   |   КОНТАКТЫ
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.