Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важных задач проектирования многих радиотехнических систем (РТС) является выбор сигналов, удовлетворяющих заданным параметрам. Наиболее часто эта задача решается в классе сложных сигналов (СлС), в частности частотно-модулированных (ЧМ) и фазоманилулированных (ФМн) сигналов. Успешная реализация требуемых характеристик РТС зависит не только от типа используемого СлС, но и во многом от того, насколько точно и качественно с точки зрения заданных параметров может быть осуществлен синтез выбранного класса сигналов.
Решение данной задачи требует как совершенствования технических средств формирования сигналов, так и разработки новых методик синтеза, позволяющих наиболее полно реализовать положительные свойства СлС.
По этой причине является актуальной задача исследования различных вопросов синтеза ЧМ и ФМн сигналов с целью повышения помехоустойчивости и качества функционирования РТС. Основополагающие работы в этом направлении были сделаны Вудвордом Ф.М., Вакманом Д.Е., Ширманом Я.Д., Свердликом М.Б., Куком Ч., Бернфельдом М. и др. Как показал анализ, отличительной особенностью большинства известных методов синтеза СлС является однокритериальный характер решаемой задачи, который не гарантирует получения сигналов, обладающих требуемым набором свойств, и, как правило, не позволяет учитывать различные вопросы практической реализации синтезируемых СлС. Последнее обстоятельство наиболее актуально для малобазовых ЧМ сигналов, поскольку наблюдается высокая чувствительность характеристик данных сигналов к искажениям и погрешностям, неизбежно возни-, кающим в трактах формирования и обработки. В этом случае представляет интерес задача синтеза ЧМ сигналов с устойчивыми к влиянию различных мешающих факторов характеристиками .
В системах, где используются ФМн сигналы, преимущественное внимание" уделяется мерам по устранению мешающего влияния взаимных, структурных и узкополосных помех. Для этого случая известны основные рекомендации, которым должны соответствовать характеристики синтезируемых сигналов. Выполнение этих рекомендаций наряду с обеспечением других заданных свойств ФМн сиг-
налов определяет целесообразность применения многокри-
m >*-*т * ~л гт т тглтігі п^-\ ttv/-* тто 1.« n^Qna^nmvo плат*"* rtTyTV Г^ТЛит^'ЗЯ ПДЦ —
ных сигналов. Таким образом, актуальность темы непосредственно связана с повышением качества функционирования и помехоустойчивости РТС.
Цель и задачи работы. Основной целью диссертационной работы является разработка на основе комплексного подхода методик синтеза устойчивых к искажениям ЧМ и обладающих требуемыми свойствами ФМн сигналов, а также анализ возможности практической реализации разработанных алгоритмов на цифровых процессорах обработки сигналов.
Поставленная цель включает решение следующих задач:
разработка методики синтеза оптимальной с точки зрения требуемых свойств спектральной плотности мощности сигнала с устойчивыми к неточному заданию исходных данных и различным искажениям характеристиками;
синтез малобазовых ЧМ сигналов, устойчивых к доплеровскому смещению частоты и минимально подверженных влиянию нелинейных фазовых возмущений;
определение критериев и разработка алгоритмов многокритериального синтеза ФМн сигналов;
разработка эффективного с точки зрения вычислительных затрат алгоритма синтеза коэффициентов весового фильтра сжатия ФМн сигналов;
разработка алгоритмов синтеза последовательностей быстрого поиска, обеспечивающих минимальную вероятность ошибочного определения фазы синхросигнала;
анализ возможности практической реализации разработанных алгоритмов синтеза ЧМ и ФМн сигналов на цифровых процессорах обработки сигналов для адаптивных РТС.
Научная новизна работы состоит в следующем.
1. На основе метода регуляризации А.Н. Тихонова предложена методика синтеза спектральной плотности мощности сигнала с устойчивыми к неточному заданию исходных данных характеристиками. Для конкретной решаемой задачи определен вид стабилизирующего функционала и обосновано применение весовых функций, позволяющих учесть различные требования к форме синтезируемой
спектральной плотности мощности и соответствующей корреляционной функции.
-
Исследована возможность синтеза спектральной плотности мощности- зондирующего сигнала непосредственно по заданной характеристике обнаружения пространственно распределенных объектов. Предложен метод расчета формы спектральной плотности мощности, обеспечивающий высокую устойчивость характеристик обнаружения пространственно распределенных объектов к влиянию различных мешающих факторов.
-
Показана возможность синтеза малобазовых ЧМ сигналов с характеристиками, минимально подверженными влиянию нелинейных фазовых искажений и доплеровскому смещению частоты.
-
Разработан алгоритм многокритериального синтеза ФМн сигналов, обладающих требуемыми корреляционными и спектральными свойствами.
-
Предложен эффективный с точки зрения вычислительных затрат алгоритм расчета коэффициентов весового фильтра сжатия ФМн сигналов.
-
Исследована возможность синтеза последовательностей быстрого поиска непосредственно по критерию минимума вероятности ошибочного определения фазы синхросигнала. С целью уменьшения вычислительных затрат предложен критерий синтеза, построенный на основе использования выборочных статистических характеристик автокорреляционной функции синтезируемых последовательностей .
Практическая значимость диссертационной работы.
Представленные в работе методики синтеза форм спектральной плотности мощности и непосредственно ма-лобазрвых ЧМ сигналов с устойчивыми к искажениям характеристиками, а также алгоритмы синтеза ФМн сигналов, обладающих заданными свойствами, могут быть использованы при проектировании систем радиолокации, радионавигации и широкополосной связи. Реализация результатов исследований позволит ослабить требования, предъявляемые к параметрам устройств формирования и обработки РТС, и обеспечит наилучшее приближенье характеристик синтезируемых сигналов к заданным.
Применение алгоритмов синтеза ФМн сигналов и методики расчета коэффициентов весового фильтра сжатия, представленных в работе, позволит достаточно эффектив-
но реализовать адаптивное функционирование различных
^-. —» пт*г> гглт/—і ttT/AltUt TTJ- Т /Г 1-4"? Ттт.геМ-Т'Э ПТДТ1Э Т Т ТЛ Ґ\ LJ LJt-TV /"ЧЛГ^ГПСіІУ *
Основные положения, выносимые на защиту
-
Синтез сигналов с применением регуляризирующих алгоритмов повышает устойчивость характеристик формируемых сигналов к различным дестабилизирующим факторам.
-
Использование многокритериального подхода позволяет существенно улучшить основные характеристики синтезируемых фазоманипулированных сигналов.
-
Применение модифицированного критерия средне-квадратического отклонения и использование рекурсивной процедуры Левинсона-Дарбина ускоряют расчет коэффициентов весового фильтра сжатия фазоманипулированных сигналов и повышают его эффективность.
Методы проведения исследований. В работе используются методы теории вариационного исчисления, теории решения некорректно поставленных задач и вычислительной математики.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международных [1,4,5,11,12], Всероссийских [3,9,10,14,15], республиканских научных конференциях и семинарах, а также на 34-й конференции профессорско-преподавательского состава РГРТА.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в НИИ "Рассвет" и учебный процесс РГРТА, что подтверждено соответствующими актами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы. Из них 4 статьи в центральной печати, 1 учебное пособие, 4 статьи в межвузовских сборниках, 11 тезисов докладов на конференциях и 2 отчета о НИР.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка из 88 наименований и 6 приложений. Диссертация содержит 159 с, в том числе 102 с. основного текста, 4 таблицы и 32 рисунка.
