Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [24] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

7. Адаптация, комплексное использование информации, использование радиопомех

Адаптация (приспособление к внешним условиям) предусматривает изменение структуры и параметров защищаемого радиотехнического устройства, чтобы оно в условиях действия помех любого данного вида выполняло свои функции наилучшим образом. В настоящее время проблема адаптации радиотехнических средств при учете действия на них специально организованных радиопомех еще далека от своего разрешения, но усиленно изучается. Уже имеются некоторые рекомендации, вытекающие из теоретических исследований и направленные на улучшение отдельных элементов, входящих в состав радиолокационных измерителей координат, командных радиолиний управления, систем радиосвязи и т. д.

Так, хорошо известная система автоматического регулирования шумов (ШАРУ) осуществляет адаптацию приемника, поддерживая на его выходе неизменным уровень ложных тревог при действии широкополосных шумовых помех. Другим примером адаптивной системы является антенна радиолокационного угломерного устройства с самонастройкой его диаграммы направленности. Возможны также автоматические регулировки интервала квантования передаваемых сообщений по уровню [29], коэффициентов передачи измерителей и командных радиолиний управления [ПО] в зависимости от интенсивности действующих помех.

Принципы комплексного использования информации реализуются в радиолокационных и радионавигационных измерителях, размещаемых на подвижных объектах. В таких измерителях сведения об искомых координатах получают в результате обработки сигналов, формируемых радиотехническими и нерадиотехническими датчиками информации. Нерадиотехнические датчики контролируют движение объекта, на котором расположен радиотехнический измеритель. При комплексном использовании информации обеспечивается дополнительное сужение полосы пропускания радиотехнического измерителя при сохранении малого уровня динамических ошибок. Это достигается благодаря тому, что изменения содержащегося в радиосигнале и подлежащего измерению параметра, обусловленные движением объекта, контролируются нерадиотехническими датчиками. Примерами нерадиотехнических датчиков информации, спо-146

собных работать совместно с радиотехническими измерителями, являются акселерометры, гироскопические датчики, измерители воздушной скорости самолетов.

В процессе работы радиотехнических и нерадиотехнических датчиков возможна их взаимная коррекция, которая позволяет не только сужать полосу пропускания радиотехнического измерителя координат, но и осуществлять периодическое выключение последнего. При этом в качестве полезных используются сигналы, формируемые нерадиотехническими датчиками. Чтобы имелась возможность производить необходимые переключения в радиотехническом устройстве при действии на него радиопомех, в состав комплексного измерителя должен входить анализатор помех.

Метод комплексного использования информации является сравнительно универсальным. Он может применяться при защите как от маскирующих, так и от имитационных помех.

Использование помеховых сигналов в интересах радиоэлектронных средств обеспечивается обычно пассивными измерителями угловых координат целей (например, угломерных устройств пассивных головок самонаведения ракет). Кроме того, режим пассивной пеленгации предусматривается в самолетных, корабельных и наземных радиолокационных станциях военного назначения, активных и полуактивных головках самонаведения ракет. Известны также пассивные радиовзрыватели.

4.4. ОПТИМИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

1. Общие сведения

Традиционными разделами теории оптимальной обработки сигналов являются:

- обнаружение и распознавание сигналов;

- оценка параметров;

- фильтрация;

- разрешение Сигналов.

В измерительных радиотехнических устройствах обнаружение сигнала, т. е. установление факта его наличия, как правило, всегда предшествует измерению. Это обусловлено тем, что ценность представляют лишь те результаты измерений, которые получены с гарантированной заранее



точностью. Поэтому автоматические измерительные устройства, а также автоматические командные радиолинии управления содержат обнаружители, которые подключают цепи измерения или регистрирующую аппаратуру при определенном соотношении между сигналом и уровнем шумов. В бинарных системах связи обнаружитель представляет собой элемент приемной аппаратуры, который фиксирует наличие или отсутствие двоичных символов в принимаемом сигнале.

К теории обнаружения по применяемому математическому аппарату и схемным реализациям примыкает распознавание (различение) сигналов, когда необходимо определить, какой из возможных сигналов присутствует в принятом сообщении.

Оценка параметров является одной из классических задач математической статистики. Суть ее состоит в том, что по конечному числу выборочных значений некоторой случайной величины, вид распределения которой предполагается известным, определяются (оцениваются) значения параметров этого распределения. В радиотехнических приложениях подобная задача состоит в определении некоторых характеристик (параметров) принимаемого сигнала. Предполагается, что измеряемая величина закодирована в одном из параметров сигнала, принимаемого совместно с шумами. При оптимальной оценке этот параметр должен быть измерен (оценен) наилучшим образом в смысле принятого критерия качества.

Как следует из общей формулировки задачи оценки параметров, для ее решения необходимо знать вид закона распределения принимаемой смеси сигнала и шума. Помимо этого одним из основных допущений, которое делается при оценке параметра, является условие постоянства параметра в течение времени измерения или, как часто говорят, времени наблюдения. Это условие сильно снижает прикладное значение задачи оценки параметров применительно к автоматическим радиолокационным и радионавигационным измерителям координат подвижных объектов.

Оптимальная фильтрация свободна от указанного допущения. Такая фильтрация позволяет выделить наилучшим образом из смеси полезного воздействия и шума само полезное воздействие, которое представляет собой в общем случае реализацию некоторого случайного процесса. Если выделяемое воздействие является постоянной, но неизвестной величиной, то получаются результаты, аналогичные тем, 148

которые дает теория оценки параметров. Поэтому иногда фильтрацию называют оценкой процесса [100].

Проблема оптимального разрешения в статистическом плане сводится к установлению факта наличия или отсутствия данного сигнала при наличии мешающих сигналов с близкими значениями параметров. Следовательно, решается задача обнаружения сигнала в условиях, когда совместно принимаются сигналы, близкие по структуре к обнаруживаемому.

Принимая во внимание все сказанное выше, отметим, что можно получить общее представление о проблемах оптимальной обработки сигналов, если рассмотреть лишь задачи оптимального обнаружения и фильтрации.

2. Обнаружение сигналов

Для наглядности изложения введем основные понятия и характеристики оптимального обнаружения, иллюстрируя их на простейшем примере. Предположим, что на интервале наблюдения (обработки) Т может присутствовать или отсутствовать полезный сигнал, характеризуемый постоянным значенигм ис (рис. 4.1, а). В качестве обнаруживаемого сигнала можно было бы принять отрезок синусоиды с постоянной амплитудой, однако это не изменит существа рассматриваемой ниже процедуры обнаружения.

Достоверному обнаружению сигнала мешает наличие шума (рис. 4.1, б), в смеси с которым наблюдается сигнал (когда он присутствует). Следовательно, по реализациям, содержащим смесь сигнала с шумом (рис. 4.1, в) или только шум, необходимо установить факт присутствия сигнала.

Таким образом, процедура обнаружения сводится к обработке реализаций случайной функции У (0 = Uc + иш (t). (4.4.1)

В каждой из этих реализаций возможно наличие или отсутствие обнаруживаемого сигнала.

Будем обозначать случайные функции и случайные величины большими (заглавными) буквами Y (t), V (t) и т. д., анабор их возможных значений, а следовательно, и аргументы (независимые переменные) соответствующих законов распределения - малыми буквами, например у, иш и т. д.

Достаточно полной статистической характеристикой случайной функции Y (г) является ее многомерная плотность



распределения. Она вводится следующим образом. Рассматриваются значения случайной функции в дискретные моменты времени tlt t2,..., tm, что означает замену случайной функции случайной последовательностью. На всей совокупности возможных реализаций значения случайной функции Y (f) в моменты времени tu t2, tm представляют собой последовательность случайных величин Yx = Y (Q, Y2 = = Y (t2), Ym=Y (tm). Такую последовательность иногда называют многомерной случайной величиной или случайным вектором.

Совместная плотность распределения этих случайных величин wm (ylt .... yjuc), где у, = у (t,), ут = у (tm) на практике принимается за статистическую характеристику случайной функции Y (i). Такая многомерная плотность распределения зависит от наличия или отсутствия сигнала. В этом смысле она является условной, что отмечено введением в аргумент плотности распределения символа ис.


/ 2 3 * *

i •••

Рис. 4.1.

Степень детализации случайного процесса, которая имеет место при описании его m-мерной плотностью распределения, будет тем выше, чем больше значение т.

Совокупность значений ylR, утв случайных величин V7!,..., Yт, полученная из каждой конкретной реализации (рис. 4.1, г), называется выборкой. В ряде случаев саму совокупность случайных величин Ylt..., Yт называют обобщенной выборкой.

Использование многомерных распределений для обнаружения позволяет получить обозримые результаты и технически реализуемые обнаружители лишь при определенных ограничениях, которым должна удовлетворять обрабатываемая случайная последовательность. В большинстве случаев эти ограничения не обременительны для практических приложений. Одним из таких ограничений может явиться требование нормальности случайных величин Ylt..., ...,Ym. Другое, часто используемое ограничение, состоит в том, что рассматриваемые случайные величины принимаются независимыми. Независимость может быть обеспечена надлежащим выбором моментов отсчета tlt t2,..., tm.

В дальнейшем будем полагать, что такая независимость имеет место. Тогда при наличии сигнала

wmUfi, -. W»c)= П a>i(yi/«0). <4-4-2)

а при отсутствии сигнала

Wmiy,.....УтЮ) = П W.iytlQ), (4.4.3)

Следовательно, многомерные плотности распределения достаточно просто выражаются через одномерные.

В статистической радиотехнике, которая использует аппарат математической статистики, выводы о наличии сигнала и его параметрах делаются на основе принятых реализаций и соответствующих им выборок. Хотя эти реализации и содержат всю информацию об интересующих нас явлениях, получить такую информацию непосредственно из реализации или выборкичасто не представляется возможным. Они должны подвергнуться обработке (анализу). Важным элементом этого анализа является получение некоторых усредненных характеристик выборки. Весьма продуктивной и в ряде случаев оптимальной будет обработка выборки на



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [24] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82



0.0013