СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И АНАЛИЗА СИГНАЛОВ СО СКАЧКООБРАЗНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ЧАСТОТЫ

Берлёв Сергей Викторович

преподаватель, ВИ МВД РФ г. Воронеж

Е-mail: avenismail@mail.ru

Шерстюков Сергей Анатольевич

профессор, канд. техн. наук, доцент ВИ МВД РФ г. Воронеж

Е-mail:

">

В ряде практических задач в области проектирования устройств приема и обработки сигналов возникает необходимость в обнаружении и анализе источников радиоизлучения, работающих в режиме многостанционного доступа с частотным разделением и одинаковым для всех каналов скачкообразным изменением частоты (МДЧР-СИЧ). Сложность обнаружения и анализа таких каналов обусловлена априорной неопределенностью структуры СИЧ, характеризующей порядок скачкообразной смены частот группового сигнала.

Вопросам обнаружения и анализа подобных сигналов посвящено немало публикаций [1, 3], в которых авторами для этих целей предлагаются способы, основанные на параллельном и параллельно-последовательном анализе сигналов с СИЧ во всем частотном диапазоне его существования, что с точки зрения технической реализации может быть отнесено к их недостатку.

В данной статье предложен один из возможных способов обнаружения и анализа работающих каналов, организованных между станциями, работающими в режиме многостанционного доступа с частотным разделением каналов (МДЧР), каждый из которых перестраивается по одному и тому же закону с кратным смещением по частоте, отличающийся от известных сравнительной простотой реализации, достигаемой за счет снятия модулирующей псевдослучайной последовательности.

Возможность реализации этого способа основана на объективно существующей в сигнале периодичности возможных частот перестраиваемых по псевдослучайному закону, что позволяет использовать при обнаружении и анализе подобных сигналов методы теории линейных дискретных систем [4].

Обнаружение и анализ сигналов с неизвестной временной структурой, как правило, проводится в спектральной области. Поэтому, спектр Фурье-преобразованного сигнала МДЧР-СИЧ х(t) может быть представлен в следующем виде [2]:

                                                   (1)

DW=2pDF,

где:   w — частота сигнала в диапазоне СИЧ;

w_нач — начальная частота диапазона СИЧ;

W — частотный диапазон каналов с МДРЧ;

n — параметр закона СИЧ, характеризующий порядок перестройки рабочих частот;

k — количество возможных рабочих частот перестройки;

DF — ширина спектра группового сигнала.

Исходя из записанного соотношения (1) выражение для спектра Фурье-преобразованного аналогового сигнала в частотном диапазоне каналов с МДЧР (W) примет вид:

                                                   (2)

Пример представления сигналов в виде (1) и (2) приведен на рис.1

Рисунок 1 Представление сигнала МДЧР-СИЧ: а) модуль комплексной спектральной плотности сигнала при w>0;  б) частотно-временная матрица сигнала.

Сложность получения Х(jW) для обнаружения и анализа работающих в нем каналов определяется тем, что параметр n, определяемый законом СИЧ, априорно неизвестен. Исключение влияния параметра n достигается за счет преобразования начальной частоты диапазона СИЧ (w_нач) и дискретизации аналогового сигнала (2). Частота дискретизации (w_т) выбирается из удовлетворения условия

                                                                                       (3)

Начальная частота диапазона СИЧ (w_нач) преобразуется к начальной частоте диапазона промежуточной частоты (w_пч), выбираемой из условия [4]:

,                                                                                   (4)

где   r — целое число.

В результате этих преобразований аналоговый сигнал (2) в дискретной форме примет следующий вид [2]:

.                     (5)

Графическое представление сигнала в виде (5) показано на рис.2, 3.

Рисунок 2 Представление сигнала в дискретной форме при r=1 и n=0 в области w>0

Рисунок 3 Представление сигнала в дискретной форме при r=1 и n=1 в области w>0

Анализ выражения (5) показывает:

1.Существенными различиями между аналоговыми и дискретными системами является наличие у последних периодичности по частоте с интервалом w_т и переноса сигнала симметрично относительно частоты на интервале .

2.При проведении распознавания работающих каналов по полученным таким образом дискретным отсчетам сигнала независимо от того, каким будет параметр n, сигнал всегда окажется в диапазоне [0; w_т/2].

3.Если параметр n будет принимать значения n=1,3,5... (нечетные), выражение не будет целым и сигнал попадет в область частот [w_т/2; w_т]. Однако, в соответствии со свойством симметричности дискретных систем, сигнал расположится в области частот [0; w_т/2] в частотно-инвертированном виде.

В связи с тем, что процесс обнаружения и анализа происходит на фоне шумов, оценим изменение соотношения сигнал-шум после проведения преобразования (5). Мощность шумов находящихся в полосе частот СИЧ kDW определяется дисперсией их мгновенного значения -d². Поэтому, при исходном соотношении сигнал-шум в любом из каналов , соотношение после преобразования уменьшится и составит величину

                                                                                      (6)

Это обусловлено уменьшением полосы частот шумов до величины -DW и независимостью дисперсии d² от частоты дискретизации (w_т). Однако при использовании для обнаружения сигналов с априорно неизвестными параметрами (с неизвестной амплитудой и фазой) существующих методов, к числу которых относятся методы некогерентного накопления, взаимо- и автокорреляционной обработки сигналов, увеличение соотношения сигнал/шум может быть обеспечено за счет увеличения времени обнаружения и анализа рассматриваемых сигналов.

Выводы

1.В статье разработан способ обнаружения и распознавания работающих каналов в многоканальном с частотным уплотнением сигнале с СИЧ. В отличие от существующих, предложенный способ отличается простотой технической реализации.

2.Область применения способа может быть расширена на любые линии связи (радиорелейной, тропосферной, сотовой и т. д.), использующие подобные сигналы с СИЧ.

Список литературы:

1.                 Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: «Радио и связь», 2002. — 364 с.

2.                 Рабинер Л., Гоулд В., Теория и применение цифровой обработки сигналов.— М.: Мир, 1999. — 848 с.

3.                 Тузов Г. И., Урядников Ю. С., Прытков В. И. и др. Адресные системы управления и связи. Вопросы оптимизации. Под ред. Г. И. Тузова, М.: «Радио и связь», 2003. — 384 с.

4.                 Цифровой процессор обработки сигналов ТМS 32010 и его применение. Под ред. Линна А. А. — С.-Пб. ВАС, 2001. — 296 с.