Обзор методов измерения скорости манипуляции сигналов

Ковариационный метод

Основной подход к определению пределов суммирования заключается в том, что фиксируется интервал, на котором вычисляется средний квадрат погрешности, и рассматривается влияние этого обстоятельства на вычисление φ _n(I, k). Другими словами, если определить

то φ _n(I, k) выражается формулой [6]

Изменив индекс суммирования, (1.2) можно выразить в виде

или

Полученные уравнения кажутся очень похожими на (1.136), однако они имеют иные пределы суммирования. В (1.13) используется значение сигнала s_n(m) вне интервала 0 m N-l. Для вычисления cpn(i, k) необходимо использовать значения s_n(m) на интервале -p m N-l. Для того чтобы это не противоречило пределам суммирования в (1.12), в данном случае используются необходимые значения сигнала без ограничения последовательности отсчетов окном конечной длительности, уменьшающимся к концам интервала, как это имело место в автокорреляционном методе. Это приводит не к автокорреляционной, а к взаимокорреляционной функции между двумя очень сходными сигналами конечной длительности. Хотя различие между (1.12) и (1.13) сводится к небольшим вычислительным подробностям, система уравнений

обладает свойствами, которые значительно влияют на метод решения и свойства получаемого оптимального предсказателя. В матричной форме система уравнений имеет вид

В этом случае, поскольку = матрица размером рхр является квазикорреляционной симметричной, но не теплицевой. Действительно, можно сказать, что диагональные элементы связаны соотношением

 

(1.16)

 

Метод анализа, основанный на изложенном выше способе вычисления известен как ковариационный метод, поскольку матрица обладает свойствами ковариационной матрицы.

Автокорреляционный метод

Один из способов определения пределов в основан на предположении, что сигнал равен нулю вне интервала 0 m N-1. Это удобно записать в виде [7]

s_n(m) = s(m + n) * w(m), (1.17)

где w(m) - окно конечной длительности (например, окно Хемминга), равное нулю вне интервала.

Поскольку s_n(m) равно нулю вне интервала 0 m N-1, то

можно выразить в виде

Легко видеть, что в данном случае совпадает с кратковременной автокорреляционной функцией сигнала (1.8), вычисленной для (i-k). Это означает, что

где

Поскольку - четная функция, то

(1.22)

Таким образом, (1.22) можно представить в виде [7]

Аналогично минимальный средний квадрат погрешности предсказания

 

2. Обоснование структурной схемы системы радиомониторинга, определение требований к структурным элементам

Задачи родиомониторинга

Радиомониторинг находит применение во многих областях. Это и контроль общей электромагнитной обстановки органами эфирного надзора, и обнаружение несанкционированных передатчиков, работающих в пределах закрытой зоны, например воинской части, аэропорта, здания с режимом секретности и так далее, вплоть до отдельного помещения — комнаты переговоров, кабинета.

С технической точки зрения задача радиомониторинга состоит в обнаружении нового, неизвестного сигнала и определении его параметров и местонахождения источника. Энергетическое обнаружение сигнала, в свою очередь, является производной от задачи спектрального анализа.

При решении задачи радиомониторинга на первом этапе у потребителя могут быть весьма ограниченные априорные данные об электромагнитной обстановке в контролируемом районе. В эфире могут быть многие тысячи сигналов различной частоты, длительности и мощности. Среди этого множества сигналов имеются сигналы, представляющие интерес для потребителя, однако он может не знать конкретные параметры этих сигналов (их диапазон и частоту). Кроме того, эти сигналы могут быть сверхкороткими, могут возникать и исчезать, а время их появления в эфире неизвестно. Кроме того, они могут быть маломощными и даже лежать ниже уровня шума, но занимать широкую полосу частот. Примерами таких сигналов могут быть сигналы со скачками по частоте и шумоподобные сигналы.

Чтобы обнаружить короткие сигналы с той или иной степенью вероятности необходима высокая скорость поиска. Но сигналы могут быть рядом с другими сигналами и лежать близко к уровню шума. Способность различить такие сигналы и выделить слабый сигнал из шума определяется разрешением системы мониторинга, в то время как скорость анализа дает возможность обнаружить и измерить короткие сигналы за разумное время. Одна и та же вероятность обнаружения короткого сигнала в разных системах мониторинга может быть получена при различном времени обнаружения, и чем выше скорость анализа, тем это время меньше.

Скорость и разрешение системы мониторинга зависят от ее архитектуры. Такие системы строятся по принципу свипирования (анализаторы спектра), или сканирования (на базе сканирующего приемника), либо с использованием систем цифровой обработки сигналов (ЦОС) с вычислением спектра через алгоритмы быстрого преобразования Фурье (БПФ). Главным ограничением в системах первого вида, то есть свипирующих анализаторах, является противоречие между разрешением и скоростью, поскольку, чем выше разрешение, тем уже полоса фильтрации и тем больше время установления фильтра, то есть тем ниже скорость. В системах с ЦОС этого противоречия нет, и скорость работы определяется временем установления синтезаторов гетеродина приемника, разрядностью и частотой выборки АЦП, мощностью сигнального процессора DSP.

Сочетание скорости и высокого разрешения в системе с ЦОС, использующей БПФ, позволяют обнаруживать и измерять параметры близко расположенных, коротких и сверхкоротких сигналов во всем контролируемом частотном диапазоне. Кроме того, система с БПФ позволяет обнаруживать сигналы, лежащие на уровне шума, за счет накопления и оценки флуктуаций уровня шума в некоторой полосе частот, то есть выявлять сигналы скрытных систем передачи информации с ШПС.

Важнейшим инструментом обнаружения сигналов является энергетический порог. В сочетании с априорными данными по электромагнитной обстановке порог помогает уменьшить объем информации, получаемой при мониторинге, и выделить из массы сигналов только интересующие потребителя. Итак, потенциально интересные сигналы выбираются по превышению заданного порога. Энергетический порог может быть выражен и установлен как уровень мощности сигнала, или как уровень шума на входе приемника, или может определяться пользователем по какому-либо заданному им критерию. В системах мониторинга очень часто для уменьшения объема получаемой информации и времени обнаружения используют энергетический порог в виде усредненного спектра сигналов во всем диапазоне наблюдения.

Требования предъявляемые к системе радиомониторинга

Организация контроля сигналов систем наземной радиосвязи предусматривает решение целого ряда задач, основными из которых являются поиск и обнаружение радиосигналов при панорамном просмотре в требуемом диапазоне частот или при контроле фиксированного набора частот, определение параметров и вида модуляции обнаруженных сигналов, демодуляция заданных типов сигналов, определение при необходимости вида и структуры двоичных последовательностей, видов синхронизации, первичного и помехоустойчивого кодирования, скремблирования, перемежения и др., декодирование двоичных последовательностей и выделение сообщений, регистрация сигналов и сообщений, архивация данных радиоконтроля.

Для решения данных задач требуется использование автоматизированных комплексов, обеспечивающих [1]:

- настройку на сигналы с точностью до 1 Гц в диапазонах частот от 3 МГц до 30 МГц;

- автоматическое сканирование сигналов в заданном диапазоне частот с отображением результатов сканирования в координатах время-частота и амплитуда-частота;

- автоматическое сканирование по списку заранее заданных частот;

- остановку на частоте обнаруженного радиосигнала по команде оператора или в автоматическом режиме;

- демодуляцию заданных классов сигналов;

- регистрацию аналоговых сигналов в цифровом виде и демодулированных сигналов на машинный носитель;

- прослушивание уже записанных сигналов с использованием стандартных средств мультимедиа компьютера;

- ведение базы данных обрабатываемых сигналов.

Процедура определения параметров радиосигнала должна обеспечивать измерение уровня сигнала, номинала несущей частоты, вида модуляции, скорости манипуляции, разноса частот для сигналов с ЧМ, величины угла фазовой манипуляции для сигналов с ФМ.

Демодулятор должен обеспечивать настройку на частотные и временные параметры входного сигнала в автоматизированном и автоматическом режимах. В первом случае настройка демодулятора осуществляется в режиме ввода значений сигнальных параметров оператором, во втором случае настройка осуществляется автоматизировано на основании результатов измерения модуляционных параметров сигналов.

Структура и состав перспективных технических средств обработки должны быть направлены на обеспечение данного порядка действий. В соответствии с поставленными требованиями разрабатываемая система мониторинга радиообстановки должна функционировать в следующих основных режимах [1]:

- режим поиска источников радиоизлучений;

- контроль сигналов на известных частотах;

- анализ параметров обнаруженных сигналов в автоматическом режиме;

- демодуляция заданных типов сигналов;

- регистрация сигналов;

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: