Корниенко Алексей Викторович. Алгоритмы синтеза и обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов в радиосистемах передачи информации с учетом мешающих факторов

brief description

Корниенко Алексей Викторович. Алгоритмы синтеза и обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов в радиосистемах передачи информации с учетом мешающих факторов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.12.04 / Корниенко Алексей Викторович; [Место защиты: Рязан. гос. радиотехн. ун-т]. - Рязань, 2008. - 145 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/780

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи
04200850689

Корниенко Алексей Викторович
АЛГОРИТМЫ СИНТЕЗА И ОБРАБОТКИ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ В РАДИОСИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С УЧЕТОМ МЕШАЮЩИХ ФАКТОРОВ
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»
Научный руководитель: Д.т.н., профессор Кириллов Сергей Николаевич
Рязань - 2008
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СИНТЕЗ РЕАЛИЗУЕМЫХ ФОРМ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ ПО НЕСКОЛЬКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ КАЧЕСТВА В РАДИОСИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 13
1.1 ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ 13
1.2 СИНТЕЗ ФОРМЫ КОРОТКОИМПУЛЬСІ ЮГО СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА С МИНИМАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ ПРИ МИНИМАЛЬНОЙ ШИРИНЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ ПО РЕАЛИЗАЦИИ 16
1.2.1 Обоснование показателей качества короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов 16
1.2.2 Многокритериальный синтез формы короткоимпулъсного сверхширокополосного сигнала 20
1.2.3 Сравнение синтезированного короткоимпулъсного сверхширокополосного сигнала с общеизвестными 24
1.3 СИНТЕЗ РОБАСТНОГО К ИСКАЖЕНИЯМ КОРОТКОИМПУЛЬСНОГО СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОГО СИГНАЛА ВОЗБУЖДЕНИЯ АНТЕННОЙ СИСТЕМЫ 28
1.3.1 Определение формы сигнала возбуждения антенной системы при известном сигнале
в дальней зоне 28
1.3.2 Регуляризация решения обратной задачи 30
1.4 СИНТЕЗ МОДУЛИРОВАННОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ 34
/. 4.1 Методы модуляции последовательности короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов 34
1.4.2 Модификация алгоритма покоординатного спуска для синтеза дискретной кодовой последовательности короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов 41
1.4.3 Многокритериальный синтез кодовой последовательности модулированной пачки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов .т.... 46
1.5 Выводы 51
2 РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ В РАДИОСИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 53
2.1 ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ 53
2.2 УЧЕТ ВЛИЯНИЯ СРЕДЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ НА ФОРМУ КОРОТКОИМУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ 56
2.2.1 Влияние атмосферы на характеристики короткоимульсных сверхширокополосных сигналов 56
2.2.2 Обоснование алгоритма обработки последовательности короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов с учетом искажений, полученных при распространении 60
2.3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧЕРЕСПЕРИОДНОЙ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ
СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ 64
2.4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ І ІАКОПЛЕНИЕ ПАЧКИ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ
ИМПУЛЬСОВ 68
2.5 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛГОРИТМА ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗА ПРИ ОБРАБОТКЕ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ
СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ 71
2.6 ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ РАДИОСИСТЕМ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 76
2.7 ВЫВОДЫ 82
3 АНАЛИЗ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ
СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ РАДИОСИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 85
3.1 ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ 85
3.2 ФОРМИРОВАНИЕ КОРОТКОИМПУЛЬСНОГО СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОГО СИП ІАЛА 87
3.2.1 Формирование короткоимпульсного сверхширокополосного излучения
с использованием диодов с резким восстановлением запирающих свойств 87
3.2.2 Практическая реализация генератора короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов 90
3.3 РАДИОСИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИІ ІФОРМАЦИИ С ВНУТРИПЕРИОДНОЙ ПОЗИЦИОННОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
КОРОТКОИМПУЛЬСНЫХ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ 93
3.3.1 Модуляция и демодуляция последовательности короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов 93
3.3.2 Временная синхронизация в короткоимпульсной сверхширокополосной радиосистеме передачи информации 96
3.3.3 Сверхширокополосная щелевая антенна 100
3.3.4 Практическая реализация 102
3.3.5 Экспериментальные исследования 105
3.4 АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННОЙ КОРОТКОИМПУЛЬСНОЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОЙ РАДИОСИСТЕМЫ
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 107
3.5 Выводы 109
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 114
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 138
СПИСОК АББРЕВИАТУР И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ II 142
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПЕРЕДАТЧИКА И ПРИЕМНИКА КОРОТКОИМПУЛЬСНОЙ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ 142
ПРИЛОЖЕНИЕ III 144
КОПИИ АКТОВ О ВНЕДРЕНИИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 144
Актуальность темы. В настоящее время проявляется активный интерес к возможности использования в радиосистемах передачи информации (РСПИ) сверхширокополосных сигналов (СШП). Под СШП сигналами по¬нимаются сигналы с шириной спектра Af=fe - fu определяемой как разность верхней^ и нижней fu частот спектра, сопоставимой с его средней частотой fo~(fe + /н)/2 так, что показатель широкополосности /UQ = Af/fn> 0,25 [1]. Од¬ной из разновидностей СШП сигналов являются короткоимпульсные сигна¬лы, отличающиеся короткой во времени формой без явного заполнения сину¬соидальным колебанием [2]. Использование короткоимпульсных СШП (КСШП) сигналов с длительностью порядка 0,1... 10 не., обладающих широ¬кой полосой спектра, значительной проникающей способностью и скрытно¬стью, позволяет получить высокие значения показателей качества РСПИ. Ве-сомый вклад в этой области внесли как российские ученые - Ширман Я.Д., Астанин Л.Ю., Бахрах Л.Д., Урядников Ю.Ф., Иммореев И.Я., Осипов M.JT. и др. [1...6], так и зарубежные - Тейлор Дж. Д., Хармут Х.Ф., Вон Намгуг и др. [7... 10]. Использование КСШП сигналов позволяет повысить один из основ¬ных показателей качества РСПИ - скорость передачи информации за счет большой ширины спектра [11]. Кроме того, применение КСШП сигналов обеспечивает высокую скрытность из-за малого значения удельной спек¬тральной плотности мощности (СПМ), что затрудняет обнаружение таких сигналов. С другой стороны по сравнению с узкополосными сигналами влия¬ние естественных или искусственно созданных помех приводит к меньшим потерям при обработке, т.к. в этом случае часть спектра КСШП сигнала по-раженная помехой имеет меньшее относительное значение [7].
Однако КСШП сигналы обладают существенным недостатком — по¬скольку ширина полосы частот такого сигнала большая, очень трудно подоб¬рать подходящую по характеристикам антенну и рассчитать искажения, воз¬никающие при передаче. Кроме того, на КСШП сигнал сильно воздействуют искажения при распространении в пространстве из-за неравномерного зату¬хания по частоте [12].
Важной характеристикой КСШП сигнала влияющей на многие показа¬тели качества РСПИ является его форма [2], поэтому синтез оптимальной по тому или иному критерию формы КСШП сигнала становится приоритетной задачей в данном направлении. Однако формирование требуемой формы КСШП сигнала затруднено его практической реализуемостью. Современные формирователи позволяют реализовывать ограниченный набор форм КСШП сигналов [13], поэтому при синтезе необходимо учитывать практическую реализуемость полученного сигнала.
Обработку КСШП сигнала на приемной стороне необходимо проводить оптимальным образом [6], для чего требуется проанализировать известные алгоритмы обработки с целью определения их характеристик при наличии различных искажений сигнала при формировании и распространением в сре¬де. В устройстве обработки также возникают трудности с генерацией эталон¬ной формы КСШП сигнала на входе системы для обеспечения согласованной фильтрации.
Для увеличения энергетической эффективности обработки КСШП сиг¬налов в РСПИ часто используют накопление пачки импульсов [14]. Важными характеристиками пачки КСШП сигналов является тип модуляции и конфи-гурация используемой кодовой последовательности. Поэтому актуальной за-дачей является выбор и обоснование типа модуляции, его параметров, а так¬же кодовой последовательности.
Кроме того, все перечисленные выше аспекты построения КСШП РСПИ требуют экспериментальной проверки в практической реализации. Это затра-гивает решение сопутствующих вопросов обеспечения синхронизации при-емника и передатчика, а также реализации формирователя КСШП сигналов на современной элементной базе.
Таким образом, актуальными являются задачи синтеза кодовой последо-вательности и формы КСШП сигналов с учетом влияния искажений при формировании, излучении и распространении в пространстве, а также разра-ботки алгоритмов обработки КСШП сигналов.
Цель работы. Целью работы является синтез форм и кодовой последо-вательности, а также разработка алгоритмов обработки КСШП сигналов в интересах повышения показателей качества РСПИ.
Поставленная цель работы включает решение следующих задач:
1 Обоснование показателей качества и синтез формы КСШП сигнала с учетом реализуемости.
2 Определение формы КСШП сигнала возбуждения антенны с учетом искажений для получения требуемой формы сигнала в дальней зо¬не.
3 Анализ видов модуляции последовательности КСШП сигналов и
синтез кодовой последовательности для формирования сложного КСШП сигнала, обеспечивающей высокую помехоустойчивость передачи.
4 Анализ искажений, вносимых в КСШП сигнал при распростране¬
нии в пространстве и разработка алгоритма обработки искаженного сигнала.
5 Анализ потерь в отношении сигнал-шум (ОСШ) в различных алго¬
ритмах обработки КСШП сигналов.
6 Определение устойчивости КСШП сигналов в РСПИ, использую¬щих различные алгоритмы обработки к узкополосным и импульс¬ным помехам.
7 Анализ практической реализация РСПИ с КСШП сигналами при
учете синхронизации передающей и приемной части.
Методы исследования. В работе использовались методы статистиче¬ской радиотехники и математической статистики, регуляризации решений, вариационного, матричного исчисления и вычислительной математики. Дан¬ные теоретические методы сочетались с экспериментальными исследования¬ми на основе имитационного моделирования и проведении натурных экспе¬риментов.
Научная новизна. В рамках данной диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:
1 Синтезирован КСШП сигнал симметричной формы по критерию качества, обеспечивающего минимум ширины энергетической диа-граммы направленности антенны. Проведено сравнение синтезиро-ванного КСШП сигнала с общеизвестными и показано его преиму-щество по заданному критерию и по энтропийному критерию скрытности.
2 Определена форма сигнала возбуждения искажающей антенны для получения требуемой формы КСШП сигнала в дальней зоне, а так¬же проведена регуляризация полученного решения для уменьшения влияния искажений КСШП сигнала в антенне.
3 Разработана модификация алгоритма покоординатного спуска (ПС) для синтеза дискретных кодовых последовательностей КСШП сиг-налов, обеспечивающего более низкий уровень боковых лепестков (УБЛ) автокорреляционной функции (АКФ) по сравнению с извест¬ным методом ПС.
4 Показаны преимущества одновременной модуляции полярности и позиции для синтезированного КСШП сигнала и синтезирована дискретная кодовая последовательность (ДКП), дающая выигрыш по энтропийному критерию скрытности по сравнению с кодами Хаффмана.
5 Обоснованы алгоритмы обработки КСШП сигнала, обеспечиваю¬щие минимальные потери в ОСШ при обработке по сравнению с общеизвестными в случае искажений сигнала в среде распростра-нения, а также действии узкополосной и импульсной помехи.
6 Исследована помехоустойчивость предложенного алгоритма по сравнению с общеизвестными и показано его преимущество на
2.. . 11 дБ в требуемом ОСШ при одинаковой вероятности правиль¬ного обнаружения при воздействии узкополосной помехи и белого шума. При воздействии импульсной помехи наилучшим является алгоритм на основе вейвлет-анализа.
Достоверность. Достоверность результатов и выводов, полученных в диссертационной работе, обеспечивается качественным и количественным сопоставлением результатов имитационного моделирования с известными положениями теории обработки сигналов.
Практическая ценность работы. Полученные в работе формы КСШП сигналов и алгоритмы их обработки могут успешно применяться в РСПИ различного назначения. Разработанная в работе КСШП РСПИ показывает возможность практической реализации канала передачи данных в сложных условиях распространения. Результаты работы внедрены в разрабатываемые радиолинии управления и телеметрии космических аппаратов в ФГУП «Рос-сийский научно-исследовательский институт космического приборострое¬ния», в устройствах тече-трассопоиска ООО «Техно-АС», а также использу¬ются в системах беспроводного управления сложными механизированными системами в ООО «АВБ Лабе», что подтверждено соответствующими акта¬ми.
Основные положения, выносимые на защиту:
1 Синтезированный КСШП сигнал симметричной формы, обеспечи¬вающий на 7... 10 % более высокие характеристики по критерию минимума ширины энергетической диаграммы направленности по сравнению с ранее известными.
2 Высокоэффективная модификация алгоритма ПС позволяющая по-лучить выигрыш в уменьшении УБЛ АКФ ДКП от 1,5 до 2,8 дБ при длине последовательности до 500 символов по сравнению с мето¬дом ПС.
3 Алгоритм обработки КСШП сигналов в случае искажений при рас-пространении в пространстве на основе метода регуляризации, по-зволяющий на 4...7 дБ снизить потери в ОСШ при обработке и на
3.. .8 дБ получить выигрыш в ОСШ в характеристиках обнаружения при воздействии белого гауссовского шума и узкополосных помех по сравнению с алгоритмами череспериодной корреляционной об¬работки (ЧПКО), энергетического обнаружителя и алгоритмом на основе вейвлет-анализа.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях:
1 ИХ Всероссийская научно-техническая конференция студентов мо-лодых ученных и специалистов "Новые информационные техноло¬гии в научных исследования и в образовании" 2003, г. Рязань.
2 12-я Международная научно-техническая конференция «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекомму-никации» 2003, г. Рязань.
3 13-я Международная научно-техническая конференция «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекомму-никации» 2004, г. Рязань.
4 6-я Международная конференция "Цифровая обработка сигналов и ее применения" 2004, г. Москва.
5 10-я Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" 2004, г. Москва.
6 IX Всероссийская научно-техническая конференция студентов мо-лодых ученных и специалистов "Новые информационные техноло¬гии в научных исследования и в образовании" 2004, г. Рязань.
7 X Всероссийская научно-техническая конференция студентов мо¬лодых ученных и специалистов "Новые информационные техноло¬гии в научных исследования и в образовании" 2005, г. Рязань.
8 14-я Международная научно-техническая конференция «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекомму-никации» 2005, г. Рязань.
9 XI Всероссийская научно-техническая конференция студентов мо-лодых ученных и специалистов "Новые информационные техноло¬гии в научных исследования и в образовании" 2006, г. Рязань.
10 30-я Всероссийская научно-практическая конференция “Сети и сис-темы связи” 2006, г. Рязань.
11 V Международная конференция "Идентификация систем и задачи управления" SICPRO '06 2006, г. Москва.
12 31-я Всероссийская научно-практическая конференция “Сети и сис-темы связи” 2007, г. Рязань.
13 15-я Международная научно-техническая конференция «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекомму-никации» 2008, г. Рязань.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы. Из них 8 статей в журналах рекомендованных ВАК РФ для кандидатских диссертаций, 3 статьи в межвузовских сборниках, 13 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе¬ния, трех глав, заключения, списка литературы из 201 наименований и 3 при-ложений. Диссертация содержит 145 с., в том числе 121 с. основного текста, 1 таблицу и 56 рисунков.
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю: д. т. н., проф. Кириллову Сергею Николаевичу за неоценимую помощь и огромную моральную поддержку, оказанную в про¬цессе работы над диссертацией. Автор также благодарит своих коллег, аспи¬рантов и сотрудников кафедры радиоуправления и связи РГРТУ за высказан¬ные замечания, содействие и помощь в процессе работы и оформления дис-сертации. Выражаю особую благодарность своим родным и близким за пре-доставленную возможность заниматься научной деятельностью.

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В процессе работы над диссертацией была разработана РСПИ, исполь-зующая синтезированную последовательность КСШП сигналов, и осуществ-лена ее практическая реализация.
В первой главе работы были обоснованы показатели качества сигналов, используемых в РСПИ и синтезирована форма КСШП сигнала, минимизи-рующая ширину энергетической диаграммы направленности антенны. Про-ведено сравнение синтезированного КСШП сигнала с известными и показано его преимущество. Определена форма КСШП сигнала возбуждения иска-жающей антенны, обеспечивающая требуемую форму сигнала в дальней зо¬не, проведена регуляризация полученного решения. Синтезирована модули-рованная последовательность КСШП сигналов по энтропийному критерию максимизации скрытности.
Во второй главе работы проанализировано влияние атмосферы на харак-теристики передаваемого сигнала и предложен алгоритм обработки, учиты-вающий искажения при распространении. Проведено сравнение предложен¬ного алгоритма и общеизвестных по потерям в ОСШ при обработке и харак-теристикам обнаружения. Показаны выигрыши предложенного алгоритма по сравнению с известными.
В третьей главе работы обоснована структура формирователя КСШП сигнала и разработана функциональная схема РСПИ, с учетом требования по синхронизации приемника и передатчика. Собран макетный образец РСПИ и проведены экспериментальные исследования. Экспериментально показана возможность передачи информации в сложных условиях распространения и получены зависимости вероятности ошибки на бит от расстояния, позво¬ляющие обосновать требования к мощности передатчика или к структуре ал¬горитма помехоустойчивого кодирования.
Основные результаты диссертации можно сформулировать в следующем виде:
1 Синтезирован КСШП сигнал по критерию, учитывающему не¬сколько показателей качества, позволяющему получить выигрыш по сравнению с моноциклом Гаусса в ширине энергетической диа¬граммы направленности АС на 13%, в коэффициенте прямоуголь- ности ДН на 7%, по критерию скрытности на 6% при проигрыше в компактности во временной области всего лишь на 2,6%.
2 Решена задача определения сигнала возбуждения АС для получения требуемой формы излученного КСШП сигнала в дальней зоне. Проведена регуляризация полученного решения по методу А.Н. Ти¬хонова и показано преимущество сигнала с учетом регуляризации по сравнению с сигналом, полученным без регуляризации в средне-квадратичной ошибке не менее чем в 2 раза при воздействии сину¬соидальных искажений частотной характеристики АС с учетом за¬конов распределения искажений.
3 Показано преимущество использования модуляции, как по времен¬ному положению КСШП импульса, так и по полярности (ПИМ- ПМИ). Предложена модификация алгоритма покоординатного спуска учитывающая изменение нескольких знаков последователь¬ности и проведен синтез ДКП КСШП сигналов по критерию, вклю-чающему в себя такие показатели качества, как скрытность и УБЛ АКФ. Показано преимущество синтезированных кодовых последо¬вательностей по сравнению с кодами Хаффмана по критерию скрытности на 13%.
4 Показано, что применение методов обработки, использующих фильтры, частотные характеристики которых синтезированы исхо¬дя из применения информации о производной сигнала, а также ме¬тода регуляризации А.Н. Тихонова возможно получить более низ-
111
кие и более робастные зависимости потерь в ОСШ по сравнению с фильтром согласованным с неискаженным сигналом или с усред¬ненным по искажениям сигналом. Проигрыш в ОСШ при использо¬вании указанных методов уменьшается на 7 дБ.
5 Использование ЧПКО дает более равномерный, но высокий проиг¬рыш в ОСШ при обработке. В среднем уменьшение проигрыша в ОСШ при использовании метода регуляризации на 23% меньше чем при использовании ЧПКО. Главным преимуществом ЧПКО являет¬ся возможность не учитывать форму и искажения КСШП сигнала при обработке, но данный алгоритм является более сложным в реа¬лизации.
6 Алгоритм на основе энергетического обнаружения проигрывает в ОСШ на 8... 17 дБ по сравнению с алгоритмом на основе регуляри¬зации, что делает его наименее эффективным при обработке КСШП сигналов, но наиболее простая возможность реализации данного ал¬горитма и отсутствие необходимости в информации о форме КСШП сигнала и его искажениях делает данный алгоритм привле¬кательным в приложениях требующих наименьшую стоимость го¬тового изделия.
7 Алгоритм обработки КСШП сигналов на основе вейвлет-анализа с синтезированным исходя из формы сигнала вейвлет-базисом позво¬ляет существенно уменьшить требуемый уровень ОСШ при малых значениях искажений на 2... 10 дБ. Использование данного алго¬ритма позволяет динамически адаптироваться к текущей помеховой обстановке, что повышает характеристики РСПИ с КСШП сигнала¬ми.
8 Сравнение алгоритмов обработки КСШП сигналов при воздействии белого шума, узкополосной и импульсной помех показывает, что наиболее эффективным при неопределенности информации относи-
тельно искажений формы КСШП сигнала являются алгоритмы: при действии белого шума — на основе метода регуляризации (выигрыш на 3...8 дБ), при действии узкополосной помехи - на основе метода регуляризации (выигрыш на 1...12 дБ), при действии импульсной помехи - алгоритма на основе вейвлет-анализа (выигрыш на 2...11 дБ).
9 Обоснована схема формирования КСШП сигнала на основе ДДРВ, обеспечивающая приемлемый уровень мощности при достаточной простоте практической реализации.
10 Разработаны структурные схемы приемника и передатчика КСШП РСПИ на основе сигналов с ПИМ-МПИ, обеспечивающие синхро¬низацию за счет дополнительного тактового синхронизационного импульса в последовательности. В качестве алгоритма обнаружения выбран энергетический накопитель, как наиболее простой в прак¬тической реализации. Разработаны электрические принципиальные схемы и печатные платы приемника и передатчика. Собран макет¬ный образец КСШП РСПИ.
11 Проведены практические исследования по передаче данных сквозь препятствие в виде кирпичной стены, получены зависимости веро¬ятности ошибки на бит от дальности линии передачи информации и от типа используемого алгоритма обработки, показывающие полу¬чение устойчивой синхронизации и низкую вероятность ошибки на бит даже при таких сложных условиях распространения.
Таким образом, полученные результаты диссертационной работы позво¬лят улучшить характеристики устройств формирования и обработки КСШП сигналов при воздействии искажений на сигнал в антенном тракте, а также сложных условиях распространения и следовательно повысить показатели качества РСПИ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Сов.радио, 1974. 360 с.
2 Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных ра¬диолокационных измерений. М.: Радио и связь, 1989. 192 с.
3 Иммореев Я.И. Сверхширокополосная локация: основные особен¬ности и отличия от традиционной радиолокации. // Электромагнит¬ные волны и электронные системы. 1997. Т.2. №1. С. 81-88.
4 Бахрах Л.Д., Израилович М.Я. Методы коррекции сигналов антенн сверхкоротких импульсов. // Антенны. 2002. № 5. С. 26-33.