Спосіб послідовного енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості

Реферат: Спосіб послідовного енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості, який ґрунтується на перевірці статистичних гіпотез за критерієм мінімуму середнього ризику і використовує енергетичне відношення правдоподібності з урахуванням закону збереження енергії при байєсівському підході максимального використання апріорних даних та полягає у визначенні відношення плинних оцінок енергії суміші радіосигналу і шуму на інтервалі аналізу вибраної тривалості до значень, усереднених за декілька попередніх інтервалів аналізу енергії шуму протягом періоду слідування радіосигналів, і порівнянні енергетичного відношення правдоподібності в кожному інтервалі аналізу з порогом прийняття рішення, що визначається за критерієм Неймана-Пірсона. Утримуються декілька часових каналів визначення енергетичного відношення правдоподібності з інтервалами аналізу, які кратні тривалості початкового інтервалу аналізу (або за іншим законом зміни тривалості інтервалу аналізу) і вибираються за умови гарантованого (з заданою умовною ймовірностю правильного виявлення та хибної тривоги) виявлення радіосигналів заданої енергії і здійснюються порівняння енергетичного відношення правдоподібності в кожному часовому каналі з порогом прийняття рішення, що визначається для кожного каналу різної тривалості аналізу за критерієм Неймана-Пірсона та прийняття рішення про квазіоптимальне виявлення радіосигналу за максимальним значенням на часовому інтервалі його положення і корегування при перевірці оптимальності виявлення при перевищенні порогу за максимумом енергетичного відношення правдоподібності в діапазоні часу, еквівалентному діапазону можливих флуктуацій усередненого рівня енергії внутрішніх шумів та визначення тривалості виявленого радіосигналу за кількістю перевищень у кожному часовому каналі. UA 103676 U (12) UA 103676 U UA 103676 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Запропонована корисна модель належить до галузі радіотехніки і може бути використана в усіх радіоприймальних пристроях систем радіолокації, радіонавігації, зв'язку та керування. Найбільш близьким до запропонованого технічним рішенням, вибрано як прототип, є спосіб енергетичного виявлення радіосигналів [1], який ґрунтується на перевірці статистичних гіпотез за критерієм мінімуму середнього ризику при використанні енергетичного відношення правдоподібності, яке ґрунтується на законі збереження енергії і байєсівському підході максимального використання апріорних даних і полягає у визначенні відношення плинних оцінок енергії суміші радіосигналу і шуму на інтервалі аналізу, рівному тривалості сигналу, до значень усереднених за декілька попередніх інтервалів аналізу енергії шуму протягом періоду слідування радіосигналів і порівнянні енергетичного відношення правдоподібності в кожному інтервалі аналізу з порогом прийняття рішення, що визначається за критерієм Неймана-Пірсона та прийняття рішення про початок часу квазіоптимального виявлення при наявності перевищення порогу виявлення в одному або двох інтервалах аналізу підряд шляхом зрушення часу початку другого інтервалу аналізу на час, пропорційний відношенню енергії радіосигналу першого інтервалу аналізу до суми енергій радіосигналу першого та другого інтервалів аналізу і корегування його при перевірці оптимальності виявлення при будь-якому варіанті перевищення порогу за максимумом енергетичного відношення правдоподібності в діапазоні часу, еквівалентному діапазону можливих флуктуацій усередненого рівня енергії внутрішніх шумів. Недоліком відомого способу енергетичного виявлення радіосигналів є те, що він не забезпечує оптимальне виявлення при невідомій тривалості радіосигналу. В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб послідовного енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості, який дозволить гарантовано (з заданою умовною ймовірністю правильного виявлення та хибної тривоги) виявляти радіосигнали заданої енергетики. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що використовуються послідовно інтервали аналізу різної тривалості і здійснюється перевірка величини енергетичного відношення правдоподібності, де сумарна енергія радіосигналу і внутрішнього шуму до усередненої енергії шуму перевищує пороги виявлення для різних інтервалів аналізу і за кількістю перевищень визначається їх тривалість. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає у тому, що алгоритм послідовного виявлення використовується декілька разів для різних інтервалів аналізу, починаючи з найменшого, що дозволяє оптимально виявляти радіосигнали невідомої тривалості і визначати їх тривалість. На фіг. 1 приведений алгоритм послідовного енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості. На фіг. 2 приведена залежність умовної ймовірності правильного виявлення сумарної енергії детермінованого радіосигналу і гаусівського шуму від відношення енергії радіосигналу до енергії шуму для різних тривалостей   n / fd радіосигналів при фіксованій ймовірності хибних тривог F  10 6 , fd - частота дискретизації вхідної реалізації в АЦП, n - кількість вибірок за тривалість радіосигналу. На фіг. 3 приведена залежність умовної ймовірності правильного виявлення сумарної 5 енергії детермінованого радіосигналу заданої тривалості n = 10 і гаусівського шуму від відношення енергії радіосигналу до енергії шуму при фіксованих умовних ймовірностях хибних тривог F  10 6 ; 10 ; F  10 10 ;10 12. На фіг. 4 приведена залежність порогу прийняття рішення для різних ймовірностей хибних -8 45 тривог F  10 6 ; 10 ; F  10 10 ;10 12. для моделі  2 - розподілу суми квадратів гаусівських шумових вибірок від кількості вибірок n . На фіг. 5 приведена ілюстрація виявлення тривалого радіосигналу при інтервалі аналізу значно меншому тривалості радіосигналу 0   . На фіг. 6 приведена ілюстрація виявлення радіосигналу при інтервалі аналізу, меншому половини тривалості радіосигналу 0   / 2 . На фіг. 7 приведена ілюстрація виявлення радіосигналу при інтервалі аналізу, більшому тривалості радіосигналу   0 . На фіг. 8 приведена ілюстрація виявлення радіосигналу при інтервалі аналізу значно більшому тривалості радіосигналу   0 . Суть запропонованого способу послідовного енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості полягає в перевірці статистичних гіпотез за критерієм -8 50 55 1 UA 103676 U 5 10 15 мінімуму середнього ризику при використанні енергетичного відношення правдоподібності, яке ґрунтується на законі збереження енергії і байєсівському підході максимального використання апріорних даних та полягає у визначенні відношення плинних оцінок енергії суміші радіосигналу і шуму на інтервалі аналізу, рівному тривалості сигналу, до значень усереднених за декілька попередніх інтервалів аналізу енергії шуму протягом періоду слідування радіосигналів і порівнянні енергетичного відношення правдоподібності в кожному інтервалі аналізу з порогом прийняття рішення, що визначається за критерієм Неймана-Пірсона та прийняття рішення про початок часу квазіоптимального виявлення при наявності перевищення порогу виявлення в одному або двох інтервалах аналізу підряд шляхом зрушення часу початку другого інтервалу аналізу на час, пропорційний відношенню енергії радіосигналу першого інтервалу аналізу до суми енергій радіосигналу першого та другого інтервалів аналізу і корегування його при перевірці оптимальності виявлення при будь-якому варіанті перевищення порогу за максимумом енергетичного відношення правдоподібності в діапазоні часу, еквівалентному діапазону можливих флуктуацій усередненого рівня енергії внутрішніх шумів. Прийняття рішення про виявлення радіосигналу здійснюється після порівняння значення енергетичного відношення правдоподібності в кожному інтервалі аналізу для довільного закону розподілу випадкових величин з порогом прийняття рішення L 0 : Wсш 0  i  L 0 , (1) Wш 0  ш  2 де Wсш  0 20 0  30 35 40 n 2 i 0 t i - оцінка дисперсії нероздільної суми амплітуд сигналу+шуму радіосигналу на інтервалі рівному тривалості радіосигналу, що еквівалентна оцінці її енергії; Wш  25  y i  y n  2 2 1n   ni  n t i1   ni  n t j2  ... - оцінка усередненого М i0  j0       значення дисперсії амплітуд вхідної реалізації шуму на М інтервалах рівних тривалості радіосигналу, яка еквівалентна оцінці їх усередненої енергії. При відсутності апріорної інформації про тривалість радіосигналу енергетичне виявлення радіосигналів полягає у розбиванні часу спостереження радіосигналів T на інтервали часу рівні тривалості інтервалу аналізу 0 і послідовно кратні тривалості сигналу N 0 (або за іншим законом зміни тривалості інтервалу аналізу) та оцінюванні дисперсії суміші сигналу і шуму на кожному з них. Отримані значення дисперсій становлять джерело для визначення послідовності енергетичних відношень правдоподібності. Енергетичні відношення правдоподібності перших інтервалів аналізу визначаються як відношення оцінки дисперсії плинного інтервалу аналізу до усередненої енергії шуму за попередні періоди слідування зондуючих сигналів, а наступні - як відношення плинної енергії до усередненої енергії (i  2) інтервалу аналізу. При цьому алгоритм енергетичного виявлення дозволяє прийняти рішення про квазіоптимальний прийом за енергетикою на основі аналізу пропорції енергій сигналу в двох інтервалах аналізу, зрушити інтервал аналізу на час пропорційний відношенню енергії сигналу першого інтервалу аналізу до суми енергій першого та другого інтервалів аналізу. Положення сигналу квазіоптимальне в енергетичному відношенні сигнал+шум/шум визначається виразом початку цього інтервалу аналізу ( W1  Wш1) tц  tk  0 , (2) W де W  ( W1  Wш1)  ( W2  Wш2) - енергія сигналу при оптимальному енергетичному виявленні; W1 - значення сумарної енергії в і-тому інтервалі статистичного оцінювання; 45 Wш1 - усереднене значення енергії шуму; ( W1  Wш1) , ( W2  Wш1) - енергії сигналу у першому і другому інтервалах аналізу, що перекривають інтервал положення радіосигналу; t k - положення центру двох сусідніх інтервалів аналізу, що перевищили поріг виявлення. Заключне прийняття рішення про оптимальне енергетичне виявлення здійснюється шляхом пошуку максимального значення енергетичного відношення правдоподібності при послідовній 2 UA 103676 U 5 зміні інтервалу аналізу на крок в діапазоні t пропорційному діапазону можливих флуктуацій усереднених енергій внутрішнього шуму приймача: ( W1  Wш1 ) tц  (tk  0 )  t . (3) W Тривалість радіосигналу оцінюється добутком тривалості інтервалу аналізу 0 на суму кількості інтервалів аналізу m, де здійснене перевищення порогу прийняття рішення, плюс відношення енергетичних відношень правдоподібності першого і останнього інтервалів аналізу до усередненого значення відношення правдоподібності за всі інтервали аналізу   0 (m  L 0 / L  Lm1 / L  L / L) , (4) 10 15 20 де L0 / L , Lm1 / L - нормовані до усередненого значення L енергетичні відношення правдоподібності у першому і в останньому інтервалах аналізу, де здійснене перевищення порогу виявлення; L / L - нормоване до усередненого значення L флуктуацій енергетичних відношень правдоподібності на m інтервалах перевищення порогу виявлення. Енергетична чутливість приймача визначається тривалістю інтервалу статистичного аналізу. Якість гарантованого виявлення визначається кривими виявлення для заданого значення відношення енергії радіосигналу до усередненої енергії шуму. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Патент на корисну модель 57216. Україна, МПК G017/02. Процес енергетичного виявлення радіосигналів /Г.В.Пєвцов, А.Я.Яцуценко та ін. - № 201012202; заявл. 15.10.2010; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 3. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 45 50 Спосіб послідовного енергетичного виявлення радіосигналів при апріорній невизначеності їх тривалості, який ґрунтується на перевірці статистичних гіпотез за критерієм мінімуму середнього ризику і використовує енергетичне відношення правдоподібності з урахуванням закону збереження енергії при байєсівському підході максимального використання апріорних даних та полягає у визначенні відношення плинних оцінок енергії суміші радіосигналу і шуму на інтервалі аналізу вибраної тривалості до значень, усереднених за декілька попередніх інтервалів аналізу енергії шуму протягом періоду слідування радіосигналів, і порівнянні енергетичного відношення правдоподібності в кожному інтервалі аналізу з порогом прийняття рішення, що визначається за критерієм Неймана-Пірсона, та прийняття рішення про початок часу квазіоптимального виявлення при наявності перевищення порогу виявлення в одному або двох інтервалах аналізу підряд шляхом зрушення часу початку другого інтервалу аналізу на час, пропорційний відношенню енергії радіосигналу першого інтервалу аналізу до суми енергій радіосигналу першого та другого інтервалів аналізу і корегування його при перевірці оптимальності виявлення при будь-якому варіанті перевищення порогу за максимумом енергетичного відношення правдоподібності в діапазоні часу, еквівалентному діапазону можливих флуктуацій усередненого рівня енергії внутрішніх шумів, який відрізняється тим, що утримуються декілька часових каналів визначення енергетичного відношення правдоподібності з інтервалами аналізу, які кратні тривалості початкового інтервалу аналізу (або за іншим законом зміни тривалості інтервалу аналізу) і вибираються за умови гарантованого (з заданою умовною ймовірністю правильного виявлення та хибної тривоги) виявлення радіосигналів заданої енергії і здійснюються порівняння енергетичного відношення правдоподібності в кожному часовому каналі з порогом прийняття рішення, що визначається для кожного каналу різної тривалості аналізу за критерієм Неймана-Пірсона та прийняття рішення про квазіоптимальне виявлення радіосигналу за максимальним значенням на часовому інтервалі його положення і корегування при перевірці оптимальності виявлення при перевищенні порогу за максимумом енергетичного відношення правдоподібності в діапазоні часу, еквівалентному діапазону можливих флуктуацій усередненого рівня енергії внутрішніх шумів та визначення тривалості виявленого радіосигналу за кількістю перевищень у кожному часовому каналі. 3 UA 103676 U 4 UA 103676 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5