×
04.06.2019
219.017.731a

Способ обнаружения полигармонического сигнала

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики, а именно - к способам обнаружения полигармонического сигнала на фоне аддитивной помехи. Результатом предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости обнаружителя полигармонических сигналов путем более корректного учета эффекта Доплера а именно его свойства сжатия (растяжения) широкополосного сигнала. Изобретение основано на формирования фильтра, у которого частоты расположены в соответствии с логарифмическим законом. Такие полигармонические сигналы являются аппроксимантами гиперболического сигнала, но отличаются простотой формирования сигнала и приема, так как не требуют широкополосных приемников, так как каждую компоненту можно излучать и принимать отдельно покомпонентно. 5 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики, а именно - к способам обнаружения полигармонического сигнала на фоне аддитивной помехи.

Как известно, основной задачей обнаружения гидроакустических сигналов является принятие решения о наличии или отсутствии полезного сигнала от объекта в наблюдаемом входном процессе [1-4]. Это сложная задача, предъявляющая к приемной системе наиболее высокие требования, поскольку обнаружение сигнала, как правило, происходит при минимальных отношениях сигнал/помеха (ОСП). Решение о наличии сигнала принимается по превышению откликом приемника установленного порога, выбираемого на основе одного из статистических критериев по заданным вероятностям правильного обнаружения и ложной тревоги.

В настоящее время для решения этой задачи наибольшее распространение получили сложные сигналы, которые по сравнению с простыми сигналами имеют более сложную структуру и поэтому их описание осуществляется в функциональном пространстве. Для описания гармонических сигналов достаточно знать числовой вектор характеризующийся амплитудой (А), частотой (ω0), фазой (ϕ), то для описания сложного сигнала вводится понятие комплексного спектра как функция частоты, которая включает в себя амплитудный спектр и фазовый спектр.

Сложные широкополосные сигналы в гидроакустике позволяют решить задачу хорошего разрешения по скорости и дальности, но генерация таких сигналов даже с учетом цифровых методов достаточно сложная процедура, поэтому перспективным представляется применение полигармонических (многочастотных) сигналов.

Анализ полигармонических сигналов показывает, что их применение, связанное с генерацией гармонических сигналов разной частоты и излучением по одинаковой длительности. Сумма этих гармоник позволяет получить сложные сигналы, которые реализуют хорошее разрешение по дальности и скорости. Фиг. 1

Основной недостаток таких сигналов, то что кинематика лоцируемых объектов приводит к сжатию такого спектра, а так как приемное устройство рассчитано на сдвиг отдельной гармоники, то в целом Доплеровский эффект приводит к большим энергетическим потерям в виду несоответствия математической модели эффекта Доплера и средства обработки.

Описание такого сигнала формально сводится к числовым векторам, включающих в себя (амплитуду (А), частоту (ω0), фазу (ϕ)) гармонические компоненты[1, 5, 6].

Известный способ обнаружения узкополосного шума с дискретными компонентами СПМ по сути, является многоканальным энергетическим приемником (прототип) [1, с. 92-95]. Данный способ представляет собой последовательное выполнение операций: многоканальной узкополосной полосовой фильтрации (для формирования отдельных частотных каналов), квадратичного детектирования, интегрирования и сравнения с порогом.

Предлагаемый способ обнаружения широкополосных полигармонических сигналов заключается в том, что перед выполнением процедур многоканальной узкополосной полосовой фильтраций (для формирования отдельных частотных каналов), квадратурного детектирования, интегрирования и сравнения с порогом (в каждом частотном канале) задание частот выполняется в соответствием отношения узкополосности:

Потребуем также, чтобы для каждой компоненты полигармонического сигнала удовлетворялось отношение

Определим последнее соотношение как «условие равнодобротности». Далее определим число компонент полигармонического сигнала, который занимает некоторую частотную полосу.

Имеем:

Далее:

В последнем соотношении учитывался тот факт, что (каждая отдельная компонента является узкополосным сигналом).

Аналогично промежутки между компонентами полигармонического сигнала:

Так как , то из последнего соотношения нетрудно получить

Иллюстрация зависимостей частоты компоненты и ширины полосы показана на Фиг. 1., где а - зависимость частоты компоненты от его номера i, b- зависимость ширины полосы компоненты от ее номера i.

Графики показывают монотонное возрастание и частоты компоненты ПС и соответствующих спектральных полос. Что в целом подтверждает, тот факт, что чем шире спектр ПС тем больше компонент он содержит.

Увеличиваем частоту в два раза, интервал дискретизации уменьшится в два раза. Так как Т=n⋅Δt, то соответственно уменьшится и длительность сигнала Т.

Число степеней свободы гармонического сигнала в два раза больше числа его периодов, поэтому длительность сигнала при постоянстве n будет меняться.

Временное представление полигармонического сигнала стоящего из 4-х гармоник показано на Фиг. 2 - где представлено временное представление полигармонического сигнала состоящего из 4-х гармоник

На Фиг. 3 - приведена иллюстрация модуля комплексного спектра полигармонического сигнала состоящего из 4-х гармоник.

Условия моделирования: число отсчетов 1024; число степеней свободы 30; база выполнения БПФ (быстрого преобразования Фурье) - 512.

В целом, анализ моделирования показывает, что с увеличением числа компонентов они становятся все ближе друг к другу, а ПС он все больше во временном представлении становится похожим на гиперболический сигнал. Следовательно, и его свойства также приближаются к свойствам гиперболического сигнала.

При этом надо отметить, что:

- генерация полигармонического сигнала проще, чем к примеру гиперболического или любого другого типа сложных сигналов;

- варьируя началом генерации и амплитудой каждой из компонент можно получить достаточно сложные по своей структуре сигналы, обладающие требуемыми качествами;

- амплитудный и фазовый спектры можно описывать с помощью векторов чисел, а не функций, что значительно упрощает анализ полигармонических сигналов;

- представляется перспективным применение ПС при реализации адаптивных методов обработки сигналов.

При обработке сигналов, у которых показатель узкополосности определяется следующим выражением:

Такое определение узкополосности можно задать на классе мультипликативных или гиперболических сигналов [9]. Далее из выражения (5) получим:

Обозначим общую полосу сигнала, как:

Положим тогда получим:

К примеру, при ƒ1=100, ΔFm=1000, k=0.1 получим N≈30.

Т.е. число мультипликативных компонент равно 30. Под мультипликативной компонентой будем понимать гиперболическую гармонику. Таким образом, можно ввести класс полигармонических мультипликативных сигналов. В целом, можно видеть, что такие сигналы обладают всеми свойствами гиперболических сигналов, но при этом будут обладать хорошим разрешением по скорости и ускорению цели, чем гиперболический сигнал «похвастать» не может. Сложные мультипликативные сигналы позволяют получить хорошее разрешение и по дальности, что делает исследования в этом направлении перспективными.

В целях правильной расстановки частот примем S за площадь фигуры между частотами

Площадь фигуры можно найти по формуле

S=константа

Найдем связь, между частотами используя формулу (12)

ƒi+11⋅exp{S}

Разность частот определяется выражением

Δƒ1i+111⋅exp{S}-ƒ1

Гиперболическая иллюстрация расстановки компонент ПС представлена на Фиг. 4. Коэффициент узкополосности равен

- гиперболический синус;

Учитывая, что величина 5 значительно меньше 1, так как число каналов N должно быть большим, применяя замечательный предел ln[1+x]≈х, при получаем замечательное соотношение

Таким образом, условие узкополосности связано с равенством площадей под гиперболической кривой.

Определим число каналов N. Для этого надо найти общую полосу полигармонического сигнала ΔFm:

Далее используя ln[1+x]≈х, при нетрудно получить:

К примеру, при ƒ1=100, ΔFm=1000, k=0.1 получим N≈48.

Как видно, число каналов при одних и тех же начальных условиях несколько отличаются друг от друга. Это связано с тем, что определение узкополосности различаются между собой для разных классов сигналов.

В активной гидролокации в силу взаимной кинематики источника и приемника важнейшим фактором которые необходимо учитывать при реализации оптимального приема является эффект Доплера, в прототипе а также во всех современных средствах как правило учет эффекта Доплера осуществляется путем расфильтровки по Доплеровским каналам при этом, не учитываются то что истинный эффект Доплера не частотный сдвиг а сжатие (растяжение) спектра сигнал. Для узкополосных сигналов это не играет существенной роли но чем выше отношение полосы к частоте сигнала, тем сильнее будет проявляется негативный эффект замены сжатия сдвигом. В работе [4,5] показано как сильно падает отношение сигнал помеха на выходе при увеличении полосы сигнала и соблюдении сдвиговой модели эффекта Доплера. В работах [6] используется широкополосный гиперболический сигнал, который инвариантен эффекта Доплера, но его генерация и излучение представляют значительные сложности при практической реализации, что делает его использование проблематичным.

В заявленном способе предлагается вместо ГЧМ сигнала использовать его аппроксимацию полигармоническим сигналом у которого частоты расположены по логарифмическому закону» а полосы частот фильтра согласованы с полосами излучаемого сигнала. Так как частоты расположены по логарифмическому закону то эффект Доплера учитывается точно как сжатие (растяжение), а не сдвиг. По сути дела, аддитивный сдвиг заменяется на логарифмический ln(αω)=lnω+lnα, точный учет эффекта Доплера позволяет повысить помехоустойчивость до потенциальной так как учитывается точная модель Доплера, в целом устройство реализующее данный способ может быть представлена схемой Фиг. 5.

Список использованных источников

1. Яковлев А.Н., Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л.: Судостроение, 1983. 200 с.(Прототип, с. 92-95).

2. Тихонов В. И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983, 320 с.(Аналог, с. 80-87).

3. Ван-Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции, т. 1, М.: Сов. радио, 1972, 744 с.

4. Ван-Трис Т. Теория обнаружения, оценок и модуляции, т. 3, М.: Сов. радио, 1977, 661 с.

5. УрикР.Дж. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение, 1978,446 с.

6. Зарайский В.А., Тюрин A.M. Теория гидролокации. Л.: ВМА, 1975, 604 с.

7. Болгов В.М., Плахов Д.Д., Яковлев В.Е. Акустические шумы и помехи на судах. Л.: Судостроение, 1984, 192 с.

8. Ольшевский В. В. Статистические методы в гидролокации. Л.: Судостроение, 1983, 280 с.

9. Бутьгрский Е.Ю. Функция неопределенности Сигналов на группе преобразований. Информация и космос. 2008. №3. с. 31-39.

Способ обнаружения широкополосного сигнала, содержащий операции формирования широкополосного сигнала и его прием, включающий операции многоканальной согласованной фильтрации, порогового сравнения и принятия решения о наличии или отсутствии сигнала в принятой реализации, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности обработки сигнала в условиях эффекта Доплера путем использования точной модели дополнительно включаются операции формирования специального широкополосного сигнала, а именно полигармонического сигнала, у которого отношение каждой частотной компоненты к ее полосе есть величина постоянная, что соответствует операции формирования полигармонического сигнала, аппроксимирующего гиперболический сигнал, который инвариантен относительно эффекта Доплера, операции многоканальной согласованной фильтрации по логарифмической частотной шкале.
Способ обнаружения полигармонического сигнала
Способ обнаружения полигармонического сигнала
Способ обнаружения полигармонического сигнала
Способ обнаружения полигармонического сигнала
Способ обнаружения полигармонического сигнала
Способ обнаружения полигармонического сигнала
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 139.
20.01.2018
№218.016.10f5

Цифровой комплекс спутниковой системы связи

Изобретение относится к радиоэлектронным системам связи с использованием радиоизлучения при размещении станции в морском мобильном объекте и может быть использовано в качестве бортовой станции системы спутниковой связи. Технический результат – расширение функциональных возможностей на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633911
Дата охранного документа: 19.10.2017
10.05.2018
№218.016.4b39

Способ сплайн-фильтрации сигналов

Изобретение относится к области радиоэлектроники и гидроакустики, а именно к способам обнаружения, обработки сигнала при наличии помех. Изобретение заключается в реализации разработки оптимального метода обнаружения гидроакустического сигнала в условиях помех, описываемых нелинейными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651640
Дата охранного документа: 23.04.2018
10.05.2018
№218.016.4edf

Способ дистанционного минирования

Изобретение относится к способам поражения морских целей в отдаленных районах, в частности к способам применения морских мин, доставляемых в район минной постановки носителями-транспортировщиками и являющихся средствами дистанционного минирования. Задачей изобретения является разработка способа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652610
Дата охранного документа: 27.04.2018
16.06.2018
№218.016.62ec

Система для транспортировки объектов

Изобретение относится к водному транспорту и касается проводки объектов по внутренним водным путям. Предложена система для транспортировки объектов, содержащая транспортируемый объект, на корпусе которого смонтированы крепежные узлы, подъемные стропы, подъемно-транспортные понтоны, включающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657618
Дата охранного документа: 14.06.2018
25.06.2018
№218.016.660b

Способ и устройство передачи дискретной информации для быстродвижущихся объектов

Изобретение относится к области специальной радиотехники и может быть использовано в цифровых системах связи для обмена информацией между быстродвижущимися объектами. Наличие доплеровского эффекта существенно снижает отношение сигнал/помеха на выходе системы, что особенно важно для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658649
Дата охранного документа: 22.06.2018
01.07.2018
№218.016.6932

Спасательное судно

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания судна, способного оказывать помощь личному составу аварийной подводной лодки (ПЛ), лежащей на грунте подо льдом. Спасательное судно с корпусом из материала ледового класса Arc9 включает в себя привязной спасательный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659317
Дата охранного документа: 29.06.2018
01.07.2018
№218.016.6967

Понтон для транспортировки объектов

Изобретение относится к понтонам, предназначенным для транспортировки объектов по внутренним водным путям, под мостами, эстакадами и мелководью. Понтон для транспортировки объектов содержит корпус, который разделен на балластные отсеки и воздушный ящик, системы затопления и осушения, кингстон с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659339
Дата охранного документа: 29.06.2018
01.07.2018
№218.016.69ae

Способ охраны подводного объекта

Способ охраны подводного объекта с применением подводного аппарата-охранителя (ПАО) заключается в подготовке ПАО к пуску путем проверки бортовой системы управления (БСУ), в которую вводят программу движения и задание. Осуществляют пуск ПАО с охраняемого объекта или носителя, включают БСУ в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659213
Дата охранного документа: 28.06.2018
08.07.2018
№218.016.6d56

Автокорреляционный демодулятор псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией

Изобретение относится к технике телекоммуникаций и может быть применено для обработки дискретных сигналов с относительной фазовой модуляцией в системах с псевдослучайными сигналами в условиях организованных (преднамеренных) помех. Технический результат - повышение помехоустойчивости приема...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660595
Дата охранного документа: 06.07.2018
08.07.2018
№218.016.6d63

Автокорреляционный демодулятор псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией второго порядка

Изобретение относится к технике связи и может быть применено для обработки дискретных сигналов с относительной фазовой модуляцией второго порядка в системах с расширенным спектром (с псевдослучайными сигналами) при нестабильности несущей частоты и в условиях организованных (преднамеренных)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660594
Дата охранного документа: 06.07.2018
Показаны записи 1-9 из 9.
10.11.2014
№216.013.03d8

Способ прогнозирования риска развития врожденных инфекций

Изобретение относится к области медицины и представляет собой способ прогнозирования риска развития врожденных инфекций путем определения количества специфических антител классов Ig М и Ig G в биологическом материале, отличающееся тем, что в качестве биологического материала используют мазок со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532382
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.02.2015
№216.013.2700

Способ измерения асимметрии распада поляризованных пучков

Изобретение относится к области ядерной физики. Способ измерения асимметрии распада поляризованных пучков включает в себя пропускание поляризованного пучка частиц через контролируемую зону, регистрацию заряженных частиц, испускаемых асимметрично относительно спина распадающихся частиц,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541437
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.04.2015
№216.013.452d

Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов на основе квадратурного приемника

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики, а именно к устройствам обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде дискретных составляющих (ДС) на фоне аддитивной помехи. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости обнаружителя шумовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549207
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.05.2015
№216.013.4b32

Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов на основе квадратурного приемника

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики, а именно к устройствам обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде дискретных составляющих (ДС) на фоне аддитивной помехи. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости обнаружителя шумовых гидроакустических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550757
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.05.2018
№218.016.4b39

Способ сплайн-фильтрации сигналов

Изобретение относится к области радиоэлектроники и гидроакустики, а именно к способам обнаружения, обработки сигнала при наличии помех. Изобретение заключается в реализации разработки оптимального метода обнаружения гидроакустического сигнала в условиях помех, описываемых нелинейными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651640
Дата охранного документа: 23.04.2018
20.02.2019
№219.016.bfd1

Способ измерения константы радиоактивного распада

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах исследования радиоактивного распада нейтронов. Технический результат - повышение точности измерений. Для достижения данного результата в предложенном способе использована ступенчатая вариация потока...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002377599
Дата охранного документа: 27.12.2009
20.02.2019
№219.016.c2c0

Устройство для измерения времени жизни нейтрона

Изобретение относится к области экспериментальной ядерной физики, в частности к устройствам для изучения бета-распада, включая измерения времени жизни нейтрона в бета-распаде. Технический результат - повышение точности времени жизни нейтрона и упрощение измерительной процедуры. Устройство для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002408904
Дата охранного документа: 10.01.2011
02.10.2019
№219.017.d094

Устройство обнаружения широкополосных полигармонических сигналов на фоне аддитивной помехи

Изобретение относится к области радиоэлектроники и гидроакустики, а именно к устройствам обнаружения сигналов при наличии помех. Устройство позволяет повысить помехоустойчивость за счет использования и включения в схему изобретения коррелятора, который, запоминая успешные отклики, поступающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700798
Дата охранного документа: 23.09.2019
05.08.2020
№220.018.3ccc

Способ диагностики врожденного вирусного заболевания плода

Изобретение относится к медицине, а именно к инфекционным заболеваниям, и может быть использовано для диагностики врожденного вирусного заболевания плода. Для этого в крови беременных определяют величину специфических IgM и IgG антител, и при значении специфических IgM выше порога...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002728925
Дата охранного документа: 03.08.2020
+ добавить свой РИД