Спосіб імітації висотного розподілу сигналу некогерентного розсіяння та завади

Спосіб імітації висотного розподілу сигналу некогерентного розсіяння та завади, що полягає у формуванні суміші шумоподібного сигналу та завади із заданими спектрами шляхом складання гармонічних сигналів з випадковими початковими фазами за виразом (13) (21) u200906890 (22) 01.07.2009 (24) 10.11.2009 (46) 10.11.2009, Бюл.№ 21, 2009 р. (72) БОГОМАЗ ОЛЕКСАНДР ВІКТОРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ІОНОСФЕРИ МОН ТА НАН УКРАЇНИ 3 45547 льними засобами (комп'ютерами), є актуальною проблемою. Розглянемо відомий спосіб-аналог імітації висотного розподілу сигналу не когерентного розсіяння, який описано в [1]. Робота цього способу полягає у формуванні за допомогою лінійного фільтра сигналу, спектр якого є подібним до спектру сигналу HP. На вхід лінійного фільтра від генератора шуму подається сигнал зі спектральною густиною потужності Wвх( ω ), а на виході отримуємо сигнал, спектр якого Wвих( ω ) визначається амплітудно-частотною характеристикою фільтра: Wвих (ω) = Η (jω) Wвх (ω), 2 де Η( jω) - модуль частотної характеристики формуючої системи, що представляє собою вузькосмуговий лінійний фільтр; ω - кругова частота. Для забезпечення зміни рівня сигналу вздовж розгортай дальності у відповідності до заданого профілю потужності сигнал з виходу фільтра подається на цифровий атенюатор. Атенюатор керу ∑ [Α N S сигн + зав ( t ) = k ⋅ сигн i зав j )] ( sin ω j t + θ j . (1) j =1 Α iсигн = Wiсигн ; θі - випадкові початкові фази гармонік корисного сигналу, рівномірно розподілені на інтервалі [−π; π] ; М - кількість гармонік, якими описується завада; Ajзав - амплітуди гармонік, які пов'язані з заданою спектральною густиною завади виразом Αiзав = Wiзав ; θ j - випадкові початкові фази гармонік завади, рівномірно розподілені на інтервалі [−π; π] . Коефіцієнт к розраховується перед синтезом суміші за формулою: N ] ∑ [Α M Тут k - коефіцієнт, яким встановлюється задане значення відношення сигнал/завада; N - кількість гармонік, якими описується корисний сигнал - сигнал HP; Aiсигн - амплітуди гармонік, які пов'язані з заданою спектральною густиною сигналу HP виразом ∑ [Α ється шестирозрядним кодом, що періодично поступає з оперативного запам'ятовуючого пристрою (ОЗП). До ОЗП може бути записаний або контрольний профіль потужності, або профіль, отриманий при обробці НР-сигналу. Недоліком цього способу є неможливість оперативної зміни спектра імітованого сигналу, хоча при імітації сигналу з різних висотних ділянок він повинен змінюватися. Ще один недолік цього способу полягає в тому, що його реалізація є порівняно складною як теоретично (багаторазовий розрахунок коефіцієнтів передаточної функції фільтру), так і практично (створення діючого фільтру зі змінними параметрами). Найбільш близьким до способу, що пропонується - прототипом - є спосіб, який описано в [2]. Він полягає у формуванні суміші шумоподібного сигналу та завади із заданим відношенням сигнал/завада шляхом сумування великої кількості гармонічних коливань з випадковими початковими фазами. Миттєві значення цієї суміші можна синтезувати згідно з формулою: sin( ωi t + θ i ) + i =1 S сигн + зав ( t ) = k ⋅ 4 сигн i i =1 де N та М - кількість гармонік, якими представлено сигнал та заваду, Aiсигн та Ajзав - значення спектральних складових сигналу та завади у довільному масштабі, ω і та ω j - кругові частоти спектральних складових, θ i та θ j - випадкові по Μ ∑ (Α ) k= q⋅ j =1 N зав 2 j ∑( ) , (2) 2 Αісигн i =1 де q - задане значення відношення сигнал/завада. В основу корисної моделі, що пропонується, поставлено задачу імітації сигналу HP таким чином, щоб враховувати профіль електронної концентрації у іоносфері, який можна охарактеризувати зміною вздовж розгортай відношення сигнал/шум, а також залежність електронної та іонної температур іоносферної плазми від висоти, що відображається на формі спектра сигналу HP. Сутність способу, що пропонується, є такою. Імітація суміші сигналу некогерентного розсіяння та завади із заданим відношенням сигнал/завада, як і у способі-прототипі, відбувається шляхом складання великої кількості гармонічних коливань з випадковими початковими фазами за формулою (1). Миттєві значення суміші синтезуються згідно з формулою: ] ∑ [Α M sin( ωi t + θ i ) + j =1 зав j ( )] sin ω j t + θ j . , чаткові фази спектральних складових, рівномірно розподілені на інтервалі [−π; π] , а k - коефіцієнт, який враховує те, що спектральні складові задаються у довільному масштабі, та який розраховується за формулою (2). 5 45547 Через те, що різні висотні ділянки характеризуються різними значеннями електронної концентрації Ne, електронної температури Те та іонної температури Ti, то рівень та форма спектра не когерентно розсіяного сигналу є функціями висоти. Тому необхідною умовою при імітації висотного розподілу сигналу HP є перехід від q до q(h), а також від Aiсигн та Ajзав до Aiсигн (h) та Ajзав (h). Таким чином, з (2) отримаємо Μ k (h) = q(h) ⋅ ∑ (Α ) j =1 N зав 2 j ∑( i =1 ) (3) 2 Αісигн Використовуючи теорію некогерентного розсіяння радіохвиль (Эванс Дж. В. Теоретические и практические вопросы исследования ионосферы методом некогерентного рассеяния радиоволн // ТИИЭР. 1969. Т.57, 4. С.139-175), запишемо вираз для залежності значення відношення сигнал/шум q від висоти h: Ν e (h) (4) q(h) = R ⋅ ⎛ Τ (h) ⎞ h2 ⋅ ⎜1 + e ⎟ ⎜ Τi (h) ⎟ ⎝ ⎠ Тут R - константа, отримана за заздалегідь відомими параметрами конкретного радіолокатора (потужність та тривалість імпульсу, ефективна поверхня антени та ін.); Ne - електронна концентрація; Те - температура електронів; Ti - температура іонів. Формула справедлива для робочих довжин хвиль, набагато більших за дебаєвський радіус екранування (типові значення якого будуть порядка 1см або менше на висотах нижче 1000км та зростають до 6см на 2000км). Значення Ne, Те та Ti можна отримати або з моделі іоносфери (наприклад, IRI-2001), або з результатів обробки даних радіолокатора HP. Комп’ютерна верстка О. Рябко 6 Так як значення параметрів Tе та Ti впливає на форму спектра сигналу HP, то Aiсигн необхідно розраховувати для кожної висоти h, тобто необхідно отримати залежність Aiсигн (h). Спектр завади також може змінюватися з висотою, тому аналогічно Aiсигн (h) необхідно ввести залежність Ajзав (h). Робота за способом, що пропонується, полягає у наступному. З моделі іоносфери (наприклад, IRJ-2001) або з результатів обробки даних радіолокатора HP отримуються висотні залежності електронної концентрації Ne(h), електронної температури Te(h ) та іонної температури Ti(h). Використовуючи параметри Те та Ti, згідно теорії некогерентного розсіяння для кожної висоти h розраховується енергетичний спектр сигналу HP. Обирається висотний розподіл спектра завади. Як і у способі-прототипі, через N значень складових корисного сигналу Aiсигн та М значень складових завади Ajзав, які однозначно пов'язані з енергетичними спектрами виразами Α iсигн = Wiсигн та Αiзав = Wiзав , згідно з формулою (1) синтезуються миттєві значення суміші сигналу HP та завади. Коефіцієнт k розраховується до синтезу за формулою (3). А відношення сигнал/завада, необхідне для розрахунку коефіцієнта к, можна отримати з виразу (4). Джерела інформації 1. Лысенко В.Н., Капустин А.А., Бруско А.В. Имитация HP-сигнала // Вестник Харьковского политехнического института. - 1986. - №234: Исследование ионосферы методом некогерентного рассеяния. - Вып. 4. - С.60-64. 2. Пуляєв В.О., Богомаз О.В., Котов Д.В. Спосіб імітації суміші шумоподібного сигналу та завади із заданими спектрами / Патент України на корисну модель UA №42311.- Опубліковано 25.06.2009 в бюл. №12/2009. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601