способ подавления сосредоточенных помех при приеме непрерывного линейно-частотно-модулированного сигнала
Классы МПК: | H04B1/10 средства для ограничения или подавления шумов и помех в приемнике |
Автор(ы): | Колчев Алексей Анатольевич (RU), Ширий Андрей Олегович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Марийский государственный университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-05-23 публикация патента:
27.12.2006 |
Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для подавления мощных сосредоточенных по спектру помех при приеме. Достигаемый технический результат - ослабление мощных сосредоточенных помех произвольной формы. Способ заключается в обнаружении сосредоточенных помех на выходе системы сжатия в частотной области приемника ЛЧМ ионозонда по несмещенной оценке коэффициента эксцесса Е, выделении сосредоточенной помехи из сигнала и ее ослаблении на основе использования критерия обнаружения грубых ошибок в экспериментальных измерениях. 1 ил.
Формула изобретения
Способ подавления сосредоточенных помех при приеме непрерывного линейно-частотно-модулированного сигнала, заключающийся в ослаблении элемента сигнала при наличии в нем сосредоточенной помехи, отличающийся тем, что обнаружение сосредоточенных помех на выходе системы сжатия в частотной области приемника ЛЧМ ионозонда производят по несмещенной оценке коэффициента эксцесса Е, а выделение сосредоточенной помехи из сигнала и ее ослабление производят на основе использования критерия обнаружения грубых ошибок в экспериментальных измерениях: если для среднего квадратического отклонения отсчетов k-ого элемента сигнала k с полосой 250 Гц выполняется оценка
где К - число элементов сигнала;
- среднее квадратическое отклонение отсчетов k;
Е - эксцесс отсчетов k,
то этот элемент сигнала не ослабляется, если это неравенство для некоторого элемента не выполняется и k> , то этот элемент сигнала ослабляется путем обнуления отсчетов.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для подавления мощных сосредоточенных по спектру помех при приеме непрерывного линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала в случае его обработки в приемнике методом сжатия в частотной области.
Известен способ подавления сосредоточенных помех при приеме ЛЧМ сигнала путем ослабления участка спектра сигнала, пораженного сосредоточенной помехой, основывающийся на методике оптимальной фильтрации с помощью дисперсионной линии задержки [А.А.Степаненко. Подавление сосредоточенных помех при передаче дискретных сообщений сигналами с линейной частотной модуляцией // Радиотехника. 1978. т.33, N11, с.43-48]. Однако сложность реализации дисперсионных линий задержки для сигналов с базами 104-105 и бурное развитие цифровой техники привели к тому, что на практике отдается предпочтение корреляционным способам обработки принятого ЛЧМ сигнала.
Способ подавления сосредоточенных помех при приеме ЛЧМ сигнала на основе корреляционной обработки сигнала заранее известной формы изложен в работе [О.И.Бернгардт, В.Е.Носов, Т.Ю.Рудых. Способ подавления сосредоточенных помех в ЛЧМ-ионозонде // Материалы Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике. - Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 1999. - с.549-554]. В этой работе наличие помехи определялось путем сравнения функции корреляции с пороговым значением. В качестве порога обнаружения сосредоточенной помехи выбиралось превышение функцией корреляции среднего значения в три раза. Однако мощные сосредоточенные помехи существенно искажаются в приемном тракте ЛЧМ ионозонда и предложенный в указанной работе способ подавления сосредоточенных помех оказывается в этом случае неприменимым. Кроме того, частотные и временные параметры помех являются случайными, что требует адаптивного выбора порога, быстро перестраивающегося к текущей помеховой обстановке.
Изобретение позволяет устранить эти недостатки и ослаблять мощные сосредоточенные помехи произвольной формы. Применение рассматриваемого способа ослабления помех приведет к увеличению отношения сигнал/шум на выходе приемника и позволит повысить достоверность определения ионосферных параметров при работе маломощных ЛЧМ ионозондов, при исследовании ионосферных мод распространения сигнала высокого порядка и слабых кругосветных сигналов.
Известно, что при согласованном приеме непрерывного сигнала ЛЧМ сигнала методом сжатия в частотной области сосредоточенная помеха, в результате демодуляции принятого сигнала путем перемножения с ЛЧМ сигналом гетеродина и выделения сигнала разностной частоты становится импульсной, позволяя использовать специфические методы борьбы с импульсными помехами для ее ослабления.
В этом случае математическую модель сигнала Aвых(t) на выходе системы сжатия в частотной области можно записать в виде суммы сигнала разностной частоты A(t), флуктуационного шума al (t) и суммы сосредоточенных помех asn(t)):
где - N - количество сосредоточенных помех в полосе частот сигнала.
Работа системы подавления сосредоточенной помехи будет эффективна при значительном превышении энергии помехи над энергией сигнала и определенной длительности подавляемых помех. Поэтому сигнал Aвых(t) можно рассматривать в рамках модели смеси двух симметричных распределений с существенно различающимися дисперсиями:
где (х, ) - плотность распределения сигнала Авых(t); 1(х, 1) - плотность распределения суммы сигнала разностной частоты и флуктуационного шума; 2(х, 2) - плотность распределения импульсной помехи; h1, h2 - удельный вес распределения в общей генеральной совокупности; 2, 2 1, 2 2 - соответствующие дисперсии. Здесь 1< 2. В этом случае суммарное распределение имеет вид распределения с "утяжеленными концами".
В качестве меры "засоренности" концов распределения и критерия обнаружения сосредоточенных помех на выходе системы сжатия в частотной области приемника ЛЧМ ионозонда использовалась несмещенная оценка коэффициента эксцесса Е: удлинение концов распределения увеличивает ее значение. Положительное значение коэффициента эксцесса для Aвых(t) указывает на наличие в этом сигнале помехи. Значимость отклонения Е от нуля оценивалась по критерию Чебышева. Если
где D(E) - дисперсия оценки коэффициента эксцесса, то с надежностью 0.95 можно говорить о значительном вкладе сосредоточенной помехи в общее распределение Aвых(t) - Значение D(E) зависит только от объема выборки n и равно [Калиткин Н.Н. Численные методы. - М.: Наука, 1978. с.487]:
Для выделения сосредоточенной помехи из сигнала использовалось различие значений 1 и 2. Для этого сигнал Aвых(t) длительностью Т разбивается на К не перекрывающихся элементов длительностью Тэ. Величина Tэ выбирается так, чтобы полоса частот э элемента была равна значению 250 Гц, соответствующему минимальной ширине спектра сосредоточенной помехи в декаметровом диапазоне. Для каждого k-го элемента сигнала находятся несмещенные оценки среднеквадратичного отклонения (СКО) k. Значимость различий между k оценивается на основе использования критерия обнаружения грубых ошибок в экспериментальных измерениях, справедливого для большого числа законов распределения [Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991, с.158]. Если для величины k выполняется оценка
где s - СКО для отсчетов k, то нет оснований считать это значение значительно отличающимся от среднего. Если неравенство (5) для некоторого элемента не выполняется и , то предполагается, что этот элемент сигнала поражен сосредоточенной помехой и он подавляется путем обнуления отсчетов. Достоинством предложенной методики является также то, что подавление помехи осуществляется на основе оценок числовых характеристик сигнала, не прибегая к выбору закона распределения.
Для иллюстрации эффективности способа на фиг.1 показаны осциллограммы и спектры сигнала разностной частоты, полученного с выхода приемника ЛЧМ сигнала на радиолинии Великобритания - Нижний Новгород, до (а, в) и после (б, г) подавления помех. Применение процедуры подавления сосредоточенных помех дает возможность на частоте 700 Гц выделить сигнал, который не может быть выделен в исходном спектре. При этом отношение сигнал/шум увеличилось на 13 дБ.
Класс H04B1/10 средства для ограничения или подавления шумов и помех в приемнике