RU2511598C2 - Способ обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов - Google Patents
Способ обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2511598C2 RU2511598C2 RU2012111632/28A RU2012111632A RU2511598C2 RU 2511598 C2 RU2511598 C2 RU 2511598C2 RU 2012111632/28 A RU2012111632/28 A RU 2012111632/28A RU 2012111632 A RU2012111632 A RU 2012111632A RU 2511598 C2 RU2511598 C2 RU 2511598C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- signals
- detection
- radio
- energy signals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для целей радиоконтроля, радиомониторинга, обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов. Способ основан на исследовании фрактальных свойств принимаемых сигналов. Согласно изобретению обнаружение случайного низкоэнергетического сигнала выполняется путем оценки значения показателя Херста и сравнения его с порогом. При этом способ позволяет получать достоверные результаты при отношениях сигнал/шум обрабатываемого сигнала порядка минус 10 дБ. Технический результат заключается в снижении порога обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов. 2 ил.
Description
ёИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для целей радиоконтроля, радиомониторинга, обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов. Способ основан на исследовании фрактальных свойств принимаемых сигналов.
В настоящее время известны различные способы обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов (см. патенты Российской Федерации №2429494, 2359406, 2285274). Известные способы обнаружения основаны на использовании двухканального обнаружения с применением согласованной фильтрации, вычислении коэффициента корреляции, амплитудного спектра, расчета величины порога обнаружения, сравнении амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения.
Существует способ обнаружения импульсных радиосигналов при наличии сигналов мешающих отражений и белого шума. Заявленное изобретение относится к области радиотехники и заключается в использовании двухканального обнаружения, при котором в первом основном канале обнаружения применяют согласованную фильтрацию сигнала с пороговым принятием решения о его наличии или отсутствии по выбранному критерию, а во втором дополнительном канале обнаружения определяют момент времени от опорного отсчета с последующим измерением в нем напряжения шума и вычислением его коэффициента корреляции между опорным и информационным отсчетами, на основе чего при известной мощности выходного шума Pш согласованного фильтра и заданной вероятности ложной тревоги Pр вычисляют значение порога принятия решения, которое устанавливают в управляемом пороговом устройстве дополнительного канала обнаружения, при этом итоговое решение о наличии или отсутствии сигнала принимают на основе частных решений по основному и дополнительному каналам обнаружения по правилу: сигнал обнаруживается, если хотя бы в одном из частных каналов обнаружения он регистрируется, применяют некогерентное обнаружение и решение принимают по огибающей процесса на выходе линейного детектора огибающей, поэтому в момент опорного отсчета измеряют значение огибающей шума Uш(τ0) и вычисляют значение огибающей коэффициента корреляции R0 шума на выходе согласованного фильтра между опорным и информационным отсчетами при заданном значении порога П(τ0) [Патент RU 2285274 С2, СПОСОБ НЕКОГЕРЕНТНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО РАДИОСИГНАЛА НА ФОНЕ МЕШАЮЩЕГО РАДИОИМПУЛЬСА И БЕЛОГО ШУМА, опубликованный 10.10.2006].
Недостатком данного способа является то, что он не позволяет выполнять обнаружение случайных низкоэнергетических сигналов и эффективен только в случае априорной определенности относительно типа принимаемого сигнала и при высоком отношении сигнал/шум 40 дБ.
Также известен способ обнаружения сверхмалых радиосигналов, основанный на использовании двух каналов с одинаковыми резонансными контурами и вычитаемого процесса. Резонансные контуры в момент времени to приводят в возбужденное состояние путем кратковременной и одновременной подачи напряжения, большего среднеквадратичного напряжения шумов и помех в них. Одновременно на оба канала подают радиосигнал с антенны. Последовательно изменяют фазы входных сигналов резонансных контуров путем введения в каналы фазовых сдвигов φ'1 и φ'2 с противоположными знаками. Выделяют верхние огибающие суммарных сигналов резонансных контуров - SA1(t) и SA2(t). Определяют разность этих огибающих - ΔSA(t). В момент достижения разности огибающих максимального значения - ΔSA фиксируют введенные фазовые сдвиги φ'1 и φ'2. После чего формируют полезный сигнал с амплитудой x=ΔSA/2(1-exp(-λt)), где λ - коэффициент затухания контуров, и фазой, определяемой как среднее арифметическое фазовых сдвигов φ'1 и φ'2, взятое с обратным знаком [Патент RU 2359406 С2, СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СВЕРХМАЛЫХ РАДИОСИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ, опубликованный 20.06.2009].
Недостатком данного способа является то, что он эффективен только в случае априорной определенности относительно типа и параметров принимаемого сигнала. Кроме того, данное устройство технически трудно реализуемо, поскольку требуются постоянное возбуждение резонансных контуров и подача в определенные моменты времени полезного сигнала с антенны. Также отсутствует информация по порогу обнаружения низкоэнергетических сигналов.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот, который заключается в выполнении аналого-цифрового преобразования широкополосного входного процесса (ШВП), накоплении комплексных отсчетов ШВП и последовательном формировании выборок с отсчетами ШВП, вычислении амплитудного спектра сформированной выборки с отсчетами ШВП, расчете величины порога обнаружения для каждой составляющей амплитудного спектра как суммы сглаженной оценки спектра в скользящем по оси частоты взвешивающем окне и функции от их среднеквадратичного отклонения, сравнении амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, принятии решения об обнаружении радиосигналов в исследуемой полосе частот на основе мажоритарной обработки сохраненных результатов сравнения амплитуд спектральных составляющих с величиной порога обнаружения, полученных при анализе шести последовательно взятых выборок с отсчетами ШВП, выводе результатов обнаружения. Технический результат заключается в снижении влияния сигнально-помеховой обстановки [Патент RU 2429494 С1, СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ МНОЖЕСТВА УЗКОПОЛОСНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ В ШИРОКОЙ ПОЛОСЕ ЧАСТОТ, опубликованный 20.09.2011]. Данное изобретение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком указанного способа является необходимость выполнения большого количества вычислений, включая оценку амплитудного спектра входного процесса, расчет порога обнаружения для каждой составляющей амплитудного спектра и сравнение амплитуд спектральных составляющих с вычисленным порогом обнаружения, что требует значительных вычислительных ресурсов и времени на обработку. Кроме того, для выполнения оценок необходимо накопление нескольких выборок для принятия решения по мажоритарной схеме, что требует дополнительного времени для обработки, это является недопустимым при обработке случайных сигналов, которые могут появляться кратковременно и в случайные моменты времени.
Задачей настоящего изобретения является обнаружение случайных низкоэнергетических сигналов и устранение недостатков прототипа - упрощение обработки сигнала и уменьшение вычислительных затрат. Эту задачу в предлагаемом способе решают путем применения обработки гармонических сигналов, используя их фрактальные свойства, как это показано на блок-схеме на фиг.1.
Выбор фрактальной обработки обусловлен тем, что фрактальная обработка позволяет описать интегральные характеристики сигналов, которые не зависят от момента прихода и рассчитываются для всей длительности сигнала. Оцифрованный сигнал представляет собой временной ряд данных. В качестве показателя, характеризующего фрактальные свойства временных рядов, выбран показатель Херста. Для определения показателя Херста используют метод нормированного размаха.
Принцип работы данного метода заключается в следующем. Суммы отклонений подсчитывают для различных периодов времени и для различного количества последовательных моментов наблюдений, которые выступают в качестве масштаба измерений. Пусть X={Xn} - это заданный набор значений анализируемого динамического ряда (сигнала). Тогда накопленное отклонение от среднего для некоторого интервала определют как:
Соответственно, размаха R(t):
где
Δ(t) - накопленное отклонение от среднего для некоторого интервала времени t,
то есть разность между максимальным и минимальным отклонениями от среднего, эта характеристика отличается от разности между максимальным и минимальным значениямим временной последовательности.
Для описания и сравнения различных временных рядов, например, для сигналов с разными видами модуляции, более удобна нормированная безразмерная характеристика - нормированный размах.
Нормированный размах на интервале определяют следующим образом:
где S(t) - стандартное отклонение. Согласно формуле Херста:
где a и H - некоторые константы.
Константа H может изменяться в диапазоне от 0 до 1 и называется показателем Херста. Он характеризует угол наклона графика линейной зависимости
. от ln(t). Таким образом, параметр Н можно оценить, изобразив график указанной зависимости, и, используя полученные точки, подобрать по методу наименьших квадратов прямую линию с наклоном Н.
Имеются три различных классификации для показателя Херста:
1) Н=0,5 - указывает на случайный ряд, события случайны и не коррелированны.
2) 0≤Н<0,5 - данный диапазон соответствует гармоническому сигналу.
3) 0,5<Н≤1 - соответствует возрастающему или убывающему ряду.
При распространении радиосигналы испытывают воздействие белого шума. Соответственно, при уменьшении отношения сигнал/шум увеличивается показатель Херста, приближаясь к значению 0,5.
Для отработки предлагаемого способа обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов взяты широко используемые в космических системах связи типы модуляции: ФМн-2, ФМн-4, ФМн-8, КАМ-16. Зависимость величины показателя Херста от отношения сигнал/шум для сигналов с различными типами модуляции показана на фиг.2. Как видно по фиг.2, при отношении сигнал/шум меньше -15 дБ показатель Херста становиться равен 0,5 для всех видов модуляции, то есть показатель Херста характеризует процесс как полностью случайный. При увеличении отношения сигнал/шум показатель Херста уменьшается и при больших значениях отношения сигнал/шум стабилизируется.
Экспериментальным путем выяснено, использование показателя Херста в качестве критерия обнаружения позволяет эффективно обнаруживать случайные низкоэнергетические сигналы, отношение сигнал/шум которых составляет порядка минус 10 дБ.
Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа является снижение порога обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов. Данный результат получен путем применения обработки гармонических сигналов, используя их фрактальные свойства. Предлагаемый способ обеспечивает результат и при воздействии шумов на исследуемый сигнал (см. фиг.2). Пороговое значение отношения сигнал/шум, при котором выполняется заявленный результат, составляет минус 10 дБ. При этом обработка сигнала проводится в режиме, максимально приближенном к реальному времени.
Claims (1)
- Способ обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов, основанный на выполнении аналого-цифрового преобразования входного процесса, по результатам которого формируют выборки с отсчетами, отличающийся тем, что в качестве критерия обнаружения используют показатель Херста, по результатам обработки определяют значение показателя Херста, если значение показателя Херста находится в диапазоне от 0 до 0,5, то принимают решение об обнаружении сигнала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111632/28A RU2511598C2 (ru) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Способ обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111632/28A RU2511598C2 (ru) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Способ обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012111632A RU2012111632A (ru) | 2013-10-10 |
RU2511598C2 true RU2511598C2 (ru) | 2014-04-10 |
Family
ID=49302440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111632/28A RU2511598C2 (ru) | 2012-03-26 | 2012-03-26 | Способ обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2511598C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2285274C2 (ru) * | 2002-11-26 | 2006-10-10 | Воронежский военный авиационный инженерный институт | Способ некогерентного обнаружения импульсного радиосигнала на фоне мешающего радиоимпульса и белого шума |
RU2359406C2 (ru) * | 2006-11-27 | 2009-06-20 | Станислав Иосифович Коршаковский | Способ обнаружения сверхмалых радиосигналов и устройство для его реализации |
RU2429494C1 (ru) * | 2010-06-15 | 2011-09-20 | Олег Александрович Нохрин | Способ обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот |
-
2012
- 2012-03-26 RU RU2012111632/28A patent/RU2511598C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2285274C2 (ru) * | 2002-11-26 | 2006-10-10 | Воронежский военный авиационный инженерный институт | Способ некогерентного обнаружения импульсного радиосигнала на фоне мешающего радиоимпульса и белого шума |
RU2359406C2 (ru) * | 2006-11-27 | 2009-06-20 | Станислав Иосифович Коршаковский | Способ обнаружения сверхмалых радиосигналов и устройство для его реализации |
RU2429494C1 (ru) * | 2010-06-15 | 2011-09-20 | Олег Александрович Нохрин | Способ обнаружения множества узкополосных радиосигналов в широкой полосе частот |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012111632A (ru) | 2013-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2014094039A1 (en) | A background correction method for a spectrum of a target sample | |
RU2570592C1 (ru) | Способ регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии | |
Li et al. | Noise suppression for magnetotelluric using variational mode decomposition and detrended fluctuation analysis | |
CN115031875B (zh) | 基于频谱反馈的振弦传感器自适应扫频激励方法及*** | |
Ghanati et al. | Joint application of a statistical optimization process and empirical mode decomposition to magnetic resonance sounding noise cancelation | |
Tian et al. | Statistical analysis of split spectrum processing for multiple target detection | |
US9891158B2 (en) | Method for detecting particles | |
CN105866748B (zh) | 一种基于检测先验的固定窗长恒虚警检测方法 | |
Yamamoto et al. | Characterization of non-gaussianity in gravitational wave detector noise | |
RU2572052C2 (ru) | Способ регистрации малошумного морского объекта | |
RU2511598C2 (ru) | Способ обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов | |
CN104569894A (zh) | 一种基于时域参数的局部放电特高频传感器性能评价方法 | |
CN110333506B (zh) | 一种提取索力测量雷达的拉索位置参数的方法 | |
CN111371436A (zh) | 雷达天线扫描周期测量方法、装置、设备及存储介质 | |
JP6572169B2 (ja) | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法 | |
RU2292558C1 (ru) | Способ определения энергетического спектра шумового электрического сигнала | |
RU2548780C1 (ru) | Способ определения функционального состояния системы гемостаза | |
RU2466416C1 (ru) | Способ измерения отношения сигнал-помеха | |
Yunus et al. | A new method for monitoring ammonium nitrate contamination in natural water sources based on independent component analysis | |
EP3640672A1 (en) | Systems and methods for distance independent acoustical differential signature detection | |
CN111812404A (zh) | 一种信号处理方法以及处理装置 | |
RU2413238C1 (ru) | Способ подавления помех | |
RU2646857C1 (ru) | Способ селекции движущихся целей | |
RU2548032C2 (ru) | Способ оценивания отношения сигнал/шум при использовании сигналов с фазовой модуляцией | |
Zhang et al. | Peak purity assessment by matrix projection for spectral line selection and background correction in inductively coupled plasma optical emission spectrometry |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200327 |