книги / Методы и устройства обработки сигналов в радиотехнических системах

				-'60	-
Радиотехника. -		1988.	- №7 . - С.		7 8 -83 .
	Теория обнаружения			сигналов / Под ред. Л. А. Бакут а . - М. :
Гадис» и	связь	1984.	-*440	с .
4 .	Акимов	П .С .,	Ефремов*R.C. Характеристики обнаружения ран­

гового радионавигационного обнаружителя // Радиотехника и электро­

ника..	-	1974. - Т. 19. - * 7 .	- С. 1527Л 531.
	5 . .Угломерные радиотехнические системы посадки (Прогнозирова­
т ь точностных характеристик)			/ Пахолков	Г.А . и др. - М.: Транспорт,
1962.	-	159 с.
	6 .	Быков В .В . Цифровое моделирование		в статистической радио­
технике.		- М.: Сов. радио, 1971. - 328 с .

Ш621.396.98

Е.А.Архипов

;ОШАРУЖЁПИЕ-РАЗРЕШЕНИЕ МНОГОЛУЧЕВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ.СИГНАЛОВ МЕТОДОМ ФАЗОВЫХ ОЦЕНОК

Задача обнаружения-разрешения, полезного сигнала и внутрилученой помехи возникает в связи с возрастающими требованиями к точности радиотехнических времяимпульсных радиосистем посадки са ­ молетов со сканированием луча и отсчетом времени. Одним из возмо­ жных подходов к решению поставленной задачи может служить выявле­ ние факта сопутствующей угловой модуляции, возникающей, при интер­ ференции полезного и помехового сигналов [ 1 ,2 ] .

Добавка мгновенной частоты к несущей для двухлучового канала определяется выражением; [й]

+psm<oHAtp [r'A 'd -^ A (t-toy-tjA'(t-%)A а -т в) ] +

+ Ч К р ' гг)*РА ~ Л(t-U % Мр] +

	+ “ н К р [р гА*(+-% )>РШ -% )А а-ге)с05и„ Atpj ) ;
4 u	h	р г* га- %) +3 p A (i-T „)A (t-T0)cos &>Jtp ,

		-	61 -
где р -	уровень помехи	относительно			полезного сигнала;
A(t) - комплексная огибающая сигнала					системы посадки;		i n ,	t.
временное	положение о т бающих полезного и отраженного сигналов
соответственно; t n^		-	время распространения			со о т ве тст ви я х
сигналов;	Тп=г/;4*ля	ч>~	t„n	;	Atp= ‘ср - i//p	; сон i		,
			% + иор	»	"<ср			и
	- доплеровское		приращение несущей частоты				сигнала
отражения'соответственно;			ZQ	-	частное угловых		скоростей

движения самолета и отражателя относительно радиомаяка и скорости сканирования антенной системы последнего i> . Для неподвижного

перэотражателя t j	= 0 .
Сопутствующая угловая модуляция возникает лип;ь при налож*нии
прямого и отраженного сигналов в случае внутрплучевых помех.			В
противном случае	« to^n	Знаменатель ( I ) представляет	соб »П
квадрат огибающей суммарного		сигнала. Числитель состоит

рех аддитивных членов. Первое слагаемое не зависит от параметров движения саыолета и связано с формой огибающей АО) , временным разнесением прямого и отраженного сигналов т- t0 - top - t n - tp коэффициентом отражения р , разностью начальных 'фаз сэнИ Р

Остальные слагаемые определяются, движением самолета и отражателя и обращаются в ноль при их неподвижности или малых скоростях переме­ щения. Второй член учитывает перемещение огибающей вдоль временной оси и з-за изменения координат самолета. Третий и четвертый члены отражают доплеровское смещение частоты сигнала и помехи соответст­

венно.
В качестве признака наличия отражения могут						быть выбраны до­
бавка	мгновенной частоты сигнала		[ i j	f числитель		( I ) , названный в
работе	[ 3 ]	функцией признана переотражения,			и девиация начальной
фазы суммарного сигнала
	^ ■	^ V O T li H - v	v V	v g	-	v‘ l,h	( 2)

Использование частотных (фазовых) детекторов для обнаружения отра­ женных сигналов по признаку вариации Сдд (t) затрудни?' дейст­ вием в реальных условиях частотной нестабильности синтезаторов пе­ редатчика А(Оп , гетеродина приемчика Асог , доплеровской добавки частоты Сдд Учет нестабильностей приводит к значитель­ ному расширению полосы пропускания контуров детектора, вызывающему существенное снижение уровня выходного сигнала обнаружителя, повы­ шение значений ложных тревог, определяемое ухудшением отношения сигнал/шум, и уменьшение чувствительности обнаружителя к отраже­ ниям, дающим малую девиацию ь)д

- 62

-

Подходу, использующему в качестве признака помехи числитель

\>

г'нока

свойствена сильная

чувствительность

к нестабильностям

Г3 j

, определяемая изменениями огибающей на

выходах

к ва -

- l yijHujc

каналов при неточностях задания

C JH

♦

Дня определения возможности разрешения сигналов

методом

фа-

««•••ил

опенок

по изменению

< p(t)

проанализируем (2 ) .

При типовой

■рии захода самолета на посадку и постоянной скорости дви-

.fIин

первое слагаемое

(2)

изменяется но линейному закону. Второе

i

практически

при любой форме

A (t)

для

эадер-

,

сравнимых с длительностью огибающей,

является нелиней-

Фуикцией времени. На р и с Л ,а ,б ,в

приведен

вариант

характерис-

ирииятого на борту сигнала для полета по глиссаде

3 °,

скоро-

,т

посадки 70 м/с, при

A(t)=sincK't ,

JH= 5 ГГц, ширине

основ-

Mi.f

лепестка

по нулям 5 °;

а

-

огибающая

суммарного

сигнала

/1^. ( t)

;

$

- начальная

фаза

tpA(t)

;

S

-

сопутствующие

до­

нки

частоты

b>A( i)

*

связанные с

временной функцией- A ( t )

и доплеровским эффектом

О) ^

• Полученные зависимости хороню

к/ыи.-трируют нелинейность

позволяющую для обнаружения

от­

радная

использовать цифровой демодулятор,

в котором частотная

чы].учяция преобразуется в шрротно-иыпулъсиую путем сравнения в каждом периоде обзора ограниченного навигационного сигнала с его :<уд«*р*аиной приблизительно на половину длительности копией. По­ ильный метод позволяет отказаться от использования опорного сигнала

частотой	1>н	и улучшить характеристики устройства в реальных
условиях,	когда точность задания сон		определяется упомянутьми

вгле нестабильностями частоты и значениями доплеровского смещения#

Слмдс.твием использования в качестве полезного признака нелинейно-
I ти	• .	является	•	,	. . . .	* )-•••. И* .14 •	•
	(t)		ухудшение		чувствительности	обнаружителя	к
отражениям с		малыми р	и	*г	, дающими незнаодтельный индекс

сопутствующей угловой модуляции, по сравнению’со случаем точного

задания	, когда признаком выступает изменение	<p(t) во вре­
мени.	‘	'

Преобразование угловой модуляции в широтно-импульсную позво­ ляет использовать для формирования функций признака отражения процедуру сравнения длительностей импульсов, пропорциональных раз­ ности начальных фаз <рр . Алгоритм разрешения методом фазовых оце­

нок имеет вид

Н*

£'С,

		-	63 -
где	Фр	- девиация фазы, вызванная		нелинейностью % Ш		.*о » т '
мя длительности сигнала Т			; И1г Н0	-	гипотезы о присутствие
отсутствии		помехи соответственно, С -			порог обнаружения,	onod'
ляемый	исходя из допустимого		уровня ложной тревоги.

U)А

/	у	У		60АА
				60
			г
				*9
-6	-V	-2		-	л
				”	iiad
				3

Рис.1	Рис. 2

~ 64

-

HR рис. 2 приведены зависимости функции признака

ср^

от

па-

р&п.^рол отраженного

сигнала:

а

- зависимость

от

Р

,

J 1 -

от

£т

,

/6 -

.от разности

фаз

Анализ

(2)

и приведен­

ных

овьисдмастей,позволяет сделать вЬ1Бод о невозможности

разреше-

мин при сш^взадпс и^лротиоофазных

отражениях.

Структурная схема устройства реализующего фазовый метод об-

нарук'лшя-раэрешрнил,

приведена на рис. 3,

где

приняты следующие

обозначения:

УС - усилитель-ограничитель,

JJ3

- линия

задержки,

И -

л(л ическая

схема

И

, ГС -

генератор

стробирующего импульса,

Pi‘11

генератор

тактовых импульсов, АУ - арифметическое

устройст­

во, Ш

- пороговое устройство.

Выбор по­

рога

обнаруже­

нии

С

произ-

'водится исходя

из следующих

рассуждений.

Мз-за

влияния

Л

пума

я отсут­

ствие

отраже­

■ип

ния будем опи-

сивать

некото­

рый случайный

РисТз^

процесс блуж­

дания фазы относительно

среднего уровня (рф . Уменьшение интервала

орреляции шума, согласно механизму формирования сопутствующей час­

тотной модуляции	f l ] , будет	увеличивать значение девиации часто­
ты. Поэтому для	оценки сверху шумовых свойств будем рассматривать
работу v условиях действия $		-коррелированного гауссова шума ‘ ' с
дисперсией 6 »^	. И з-за влияния шума в отсутствии отражения иаблю-

дается случайный процесс. Полагая A(t)~fi=Corist во время действия

стробирующего импульса . [4 ]	, можно записать закон	распределения
отклонения, фазы от среднего	значения, позволяющий	определить порог
.С по заданному уровню ложной тревоги.

\F (j: slf>C)-k(§-C)+2V0j& sin.C, £cosC),	O pC if,
PCCb	, <3)
\ p ( £ s i n C ) - £ ( £ - c o s С),

			-	65 -
где	F O ) - функция Лапласа,			VO) -	функция Никольсома,
Мэ (3 ) следует, что		для	стабилизации уровня ложных тревог необхо­
димо	изменять порог	С	D зависимости		от отношения сигнал/шум.

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о возмож­ ности использования метода фазовых оценок для обнаружния-разргт ния полезного и помехового сигналов в реальных условиях без приме­ нения специальных мер борьбы с нестабильностями синтезаторов час­ тот передатчика и приемника, произвольной скорости движения само­ лета и априори неизвестной форме сигнала. Разрешающая способность метода определяется допустима уровнем ложных тревог и зависит от отношения сигнал/шум, разности фаз интерферирующих сигналов. Не­ сте1'.даонариость обрабатываемых устройством процессов затрудняет аналитическое определение характеристик обнаружим л и определяет необходимость использования методов статистического моделирования для их изучения.

ШБПИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Архипов Е .А ., Бернюков А .К ., Гущин Ю.Е., Чечеткии В,Ц, Оптимизация обработки сигналов времяимлульеных радиооистем навиг

цки и посадки самолетов. - Владимир,. 1986. - 29	с . Рукопись	пред­
ставлена Владимир.политехи.ин-том. Деп. в ЦН'ГИ	ГА 2 4 .0 1 .8 6 ,	№399
ГА.

2 . Архипов 12.А ., Гущин Ю.Е., Егоров В.А. Некоторые особен­ ности описания радиосигналов времяимлульеных систем навигации и

посадки самолетов. - Владимир, 1988. - 19 с . Рукопись				представле­
на Владимир.политехи.ин-том. Деп.	D ЦНТИ		ГА 4 .0 2 .6 8 . $	616-ГА 8 8 .
3 . Бурков А.Д. Оценка возможностей			метода сопутствующих час­
тот для исследования переотрижений з угломерных каналах MCI1 //
Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР. -		1983. - Выл. 2.		- С. 28-44.
4 . Левин Б .Р . Теоретические	основы статистической			радиотех­
ники. - М.: Сов. радио, Г974. Кн.	I .	- 582 с .
УДК 621 .372 .542
		В.С.Осокин, В.Ь.Кротзнко

ПРО JTPAHCTbEIП1АЯ ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ОБЬШОВ ИЗВЕСТНОЙ ФОРШ

Помехи, с котерьгли приходится бороться в телевидении при вы­ делении какихлибо объектов, делятся на шумовые и фоновые. Их

-	66 -
«окно минимизировать, используя классические		методы стати с-
кий фильтрации* Другой	возможный подход основан	на применении

•ьртл'ичг'оких методов пространственной обработки с учетом практи-

•н, г*

р

ализации

цифровых фильтров.

Дчи обнаружения точечного объекта или пятна на изображении в

| I | предложено линейное

контрастирование пятна

с

последующим поро-

говнн o iраничением, когда контрастирующая маска

является

составной

**а«:коЙ

вида:

Н(j, <)= Hs(j,к) в) HL (j , к),

(!)

i ii,.--

Ц&(j t v)

-

сглаживающая

маска,

a

/ / 4 ( j7 <)

-

маска

оператора

'Ьцчй'а.

Hs Q, к)

1ь

исноьв

анализа

известных и предложенных масок

и

(^к)

рассчитано,

что лучшие результаты в подавлении

фпюктуа-

luiotitHiX помех дают маски вида:

Вариант

I

1I Z2 I

- Ii

- I

-I

IL

1 2 2 4 2

Ии

Н, •

- t

8a - I

(2 )

I

2

I

г.

H L

*

- i

- i

Ь/

1

Бриант ii

i

I

2

I

0

0

- i

0

0.

( 3 )

2 4 &

и

0 - I - i

- i

0

1 2 i

?L ' - 1 - 2

re - 2

- I

1

‘

0

- I

- I

0

0

0

- I

6

0

<р «

Выигрыш в отношении сигнал/шум Для первого

варианта

1 ,2 9 ,

второго

варианта

*

1,35 .: Результаты подавлений фоновой помехи

масками первого варианта Приведены'На'рис. IV При‘этом Ьпёк^ралЬ-

ная

плотность

фоновой помехи аппроксимировалась

выр.кж'ени'ем:J :*-

г

So

7

(4 )

Ф с

/

V

»*

t

Ф

где

Цр -

интервал

корреляции фоновой помехи.

Ь качестве модели асимметричного объекта рассматривался объект вн-

тянутой формы, Яркость которого:

		t(x> у)	(	X*	j r	(5 )
			“ " ’ ( - г	?	т Ь
					г Ус
ГДс	х с и	у ~ длины полуосей эллипсов.

.. 67 -

D полярной системе координат ».р.. стран от венный спектр (ПС) такого or»* кта имеет лид:

$(иг.!)=бсрл sin2Вс х

x e x p [ - ^ b - r c r r ) J ,

(^ )

где Fc (f)=2(cos3f cos38c * sin2fs in 30c),

Bc=orctg( yc/x c) f

U)r~y6o*+w£ - модуль вектора 'Проотраяотвеннйи' частоты;

f~di'ctg(coy/cjJ) - фазовый угол пространственной частоты. Получена пространствен»о-частотная характеристика ШЧХ) непрерын ного оптимального пространственного фильтра (ОПФ) для случаяквад ратично-гиперболичеокого спектра фоновой помехи (4 ):

KH ) mj		%	i * sin4 ( 1+ 4 4 )e*p [-<*Lr " Fc ^ ]> (7>
где Кф *?ф /т с		-	относительный радиус корреляции фона.
Согласно	(7) оптимальная пространственная фильтрация асимметричных
объектов	предполагает также две операции: сглаживание и дифферен­

цирование второго порядка (оператор Лапласа). Приводятся реэ^льы ты расчета выигрыша в отношении сигнал/помоха.

Из (7 ) , аналогично [ 2 ] , следует, что при асимметрии объекте необходимо выдерживать определенную ориентацию пространственного фильтра по углу поворота в плоскости анализа относительно объекта.

Предложено для дискретной пространственной фильтрации объ;жга

вытянутой формы использовать две маски:

Вариант

I

1

0

X I

I

I

1

I

о

- I - I - I - 1 - I - 1

I -J

I

2 4 4 4 4

Я 1

И

- I

I 2 2 2

2

I - 1

We S6

I

2 4 4 4

4 2 I

- I

I 2 2 2

2

I ~1

0 I I

I

I

I

I

0

- I - I - I - I - I - I - I - I

- 66 -

НьркШШ' li

1

I I

I

I

I

I

И /[= -I

- 1

-I

-I

-I

-I

-I

-I

f r 1 2

I

4 4 4

4

4 2

2

2

2 4

2

2

2

-I

5 * #

| I

I I I

I

-I

-I

-I

-I

-I

-I

-I

Вы':сГв масках выбраны с точки зрения простоты реализации цифрового фильтра.

Поскольку априори не известна пространственная ориентация вы­ тянутых объектов, то фильтрующие маски необходимо вращать относи­ тельно центральной точки симметрии с целью получения максимального отно.пенил еигнал/ломеха. Зависимости импульсного отклика простран­

ственных: масок от угла	поворота <р маски	относительно горизонта­
льной оси приведены на	рис. 2 (вариант I ) и	3 (вариант II).

		ш ш о г р а ф и ч ш щ		сдаро#
		1. Прэтт У. Цифровая	обработка	изображений: Пер. с англ.	- А).:
Мир,		1902. - Кн. 2 . - 400	с .
		2 . Левгшн В.И. Пространстренра^ фильтрация в оптических			сис­
т е м а х		пеленгации. - ОД.: ррр. радио,		1971. - 200 с .
У;ЦС	6 2 1 .3 9 7 .0 2 4
				А. В. Смирнов | A .if. Братков

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОМЕХ В ТЕЛЕВИЗИОННЫХ КОШШСАТОРАХ '

При обнаружении астрономической телевизионной системой подвиж­ наточечных объектов на фоне коррелированных помех звездного узо ­ ра используются цифровые компенсаторы с перестраиваемой структурой-

- 69 -

При этом предполагается оценка параметров помех,		которце вири.
неизвестны* Эффективность цифровых	компенсаторов	определяется
коМ таких параметров помех, как ширина спектра,		а с	учетом ji о,
что помеха не коррелировала но полю изображения из
вьм коэффициентом корреляции рп	На основа оценки		опрзделяг/п*й

весовые коэффициенты компенсатора помех, представляющего собой ци фровой фильтр*

Разрядность квантования входных сигналов в цифровых компенса­ торах определяется требуемым коэффициентом подавления помех, При

оценке межкадрового коэффициента коррелятам неизбежны как м*.-т..<'и- ческие ошибки, связанные с квантованием сигнала, так и стагмсгич».,

кие, определяемые методом оценки: мультипликативнатт,

иптергр р'.нпи

онным и др.

[ £ ,3 ]

Высокая разрядность квантования

в

канол.*

м~

ки р п

приводит

к существенному возрастанию аппаратурных затрат,

что ставит серьезные ограничения на возможность

г.г/.нич.'сю.л

ими

зации адаптивной фильтрации в телевизионных системах.

Снижение разрядности квантования в канале

оценки

рп

хотя

и

дает выигрыш в технической реализации, но будет

приводить

к уье

чению ошибок, оценка которых позволяет определить снижение

‘.^фик­

тивности

работы компенсатора.

При квантовании входных сигналов закон распределения

ошибки

квантования будет близок к равномирному, ifepofl

этой

близости

слу

жит

отношение среднеквадратического

отклонения

входной помехи

к

ширине интервала

квантования

d

[ 4 ] . Причем чем больше

это

от­

ношение

<5n / d

, тем

больше

закон

распре целения олиоок’Приодижа

ется к равномерному. Тогда корреляционная фикция квантованного

сигнала

может быть представлена в виде:

U,

/?.-(г) =Rn (т) +2 * в'М .(г) + * л„(т ).

Здесь последние два члена, представляющие

eof>oM корр*‘Мякинную -д.у :•

кцию ошибки квантования

RQf] ( г )

и взаимную

м

кцию входного сигнала и ошибки квантования

^1МЛГ| Г :;

ляют

погрешность

оценки

(т) ,

связанную с

кол

нала. Последнее слагаемое в {1) представляется#ел.ду: ,г.:«

ем

[ 3 ,4 j

*M

J *

[ L

- p r ^ P r * я кг- ^ Ы

4я*к9а (т) ?Ф

г'-4 I -J -

M