СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛА В МНОГОЛУЧЕВОМ КАНАЛЕ С ПОСТОЯННЫМ УРОВНЕМ ЛОЖНЫХ ТРЕВОГ
METHOD OF DETECTING A SIGNAL IN A MULTIBEAM CHANNEL WITH A CONSTANT LEVEL OF FALSE ALARMS

Изобретение относится к области гидроакустической связи и может быть использовано, в частности, при построении систем передачи цифровой информации подводных аппаратов, гидроакустических навигационных систем.
При передаче сигналов по гидроакустическому каналу основными факторами, ограничивающими эффективность работы систем связи, являются многолучевое распространение сигналов и случайная изменчивость параметров среды в каждом из путей распространения. Многолучевость вызывает интерференцию сигналов в точке приема, которая является одним из основных препятствий для повышения достоверности передачи информации [Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Советское радио, 1970]. Для передачи информации в таких условиях используются сложные шумоподобные сигналы (ШПС), обладающие большой базой - большим по сравнению с единицей значением произведения длительности посылки сигнала на ширину полосы занимаемых им частот, а на приемной стороне применяется их корреляционная обработка [Л.Е. Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. М. «Радио и связь», 1985 г.]. Для синхронизации приемной части системы связи осуществляется поиск по времени сигнала синхронизации, передаваемого в начале сеанса связи, поскольку момент появления этого сигнала заранее неизвестен [Радиосистемы передачи информации. Под ред. И.М. Теплякова. М. «Радио и связь», 1982 г.].
y
y
0
y
0
Известен способ многоканального приема L дискретных ортогональных сигналов [Л.С. Гуткин. Теория оптимальных методов радиоприема при флуктуационных помехах. М., «Советское радио», 1972, с. 158.], в котором для обеспечения минимальной полной вероятности ошибки осуществляется сравнение между собой вычисленных обратных вероятностей всех ожидаемых сигналов и выбор того сигнала, обратная вероятность P(m) которого оказывается наибольшей. Затем выбранное значение обратной вероятности P(m) сравнивается с пороговым значением U и, если оказывается, что P(m)>U, то принимается решение, что на входе приемника присутствует один из m сигналов. Основным недостатком данного способа является невозможность обеспечения постоянной вероятности ложной тревоги при обнаружении сигнала в условиях изменения интенсивности аддитивного шума.
Известен способ обнаружения сигнала на фоне белого гауссовского шума с неизвестной интенсивностью [Б.И. Шахтарин. Обнаружение сигналов. Учеб. пособие. - М.: Гелиос АРВ, 2006. с. 145], основанный на взаимно-корреляционной обработке входного сигнала. Для оценки неизвестной интенсивности шума используют отдельную чисто шумовую выборку, которую получают перед обнаружением и используют для определения требуемой величины порога обнаружения. После этого осуществляют сравнение результата взаимно-корреляционной обработки с величиной рассчитанного порога обнаружения. Основным недостатком данного способа является его неустойчивость к условиям многолучевого распространения сигналов.
Известен способ многоканального обнаружения L дискретных ортогональных сигналов [Теория обнаружения сигналов. Под ред. П.А. Бакута. - М.: Радио и связь, 1984, с. 129.], обеспечивающий стабильность вероятности ложной тревоги в шумах неизвестной мощности. Данный способ основан на многоканальной согласованной фильтрации ожидаемых сигналов, получении оценки мощности шума, которую вычисляют в общей полосе частот и используют для определения требуемой величины порога обнаружения, выборе максимального уровня из результатов многоканальной согласованной фильтрации и сравнении этого уровня с величиной порога обнаружения. Недостатком данного способа является смещение оценки мощности шума, вызванное воздействием сигнальной составляющей особенно при многолучевом распространении сигналов.
Наиболее близким способом, который выбран в качестве прототипа, является способ обнаружения сигнала синхронизации, при котором осуществляется взаимно-корреляционная обработка принимаемого сигнала со всеми его циклическими сдвигами. При этом на каждом периоде синхросигнала определяется максимальный уровень взаимно-корреляционной функции (ВКФ), вычисляется уровень боковых максимумов этой функции, осуществляется деление максимального уровня взаимно-корреляционной функции на уровень боковых максимумов этой функции и производится сравнение частного от деления с величиной установленного порога обнаружения (см. Коданев В.П. К вопросу выбора порога обнаружения сигнала в тракте синхронизации аппаратуры режима АТГС // Сб. труд. 2 научно-практической конференции «Гидроакустическая связь и гидроакустические средства аварийно-спасательного назначения», г. Волгоград, ОАО «НИИ гидросвязи «Штиль», 2003 г. www.shtil.org). Основным недостатком данного способа является изменение величины ложной тревоги в зависимости от числа лучевых составляющих многолучевого сигнала.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение постоянной вероятности ложной тревоги при обнаружении синхросигнала в многолучевом гидроакустическом канале независимо от количества сигналов, приходящих по различным лучам.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.
n
n
n
n
Способ обнаружения сигнала в многолучевом канале с постоянным уровнем ложных тревог, основанный на вычислении комплексной взаимно-корреляционной  функции между принимаемым сигналом и всеми его циклическими сдвигами, содержащей N комплексных отсчетов x, y,  а также вычислении величин  и уровня боковых максимумов этой функции, отыскании максимальной компоненты среди величин ξ, деления этой максимальной компоненты на уровень боковых максимумов и сравнении частного от деления с величиной порога обнаружения, отличающийся тем, что при вычислении уровня боковых максимумов отсчеты x заносят в массив MAS, элементы которого циклически сдвигают m раз, при каждом сдвиге формируют массив MAS_1 путем выделения в массиве MAS первых N/2 отсчетов, вычисляют среднеквадратическое отклонение элементов массива MAS_1, которые запоминают в массиве Ω, в сформированном массиве Ω отыскивают отсчет с минимальным уровнем, который отождествляют с уровнем боковых максимумов.
n
n
2
Заявляемый способ осуществляют следующим образом. На выходах N параллельно соединенных квадратурных корреляторов, на опорные входы которых подаются N циклических ортогональных копий синхросигнала, получают N комплексных составляющих x, y,  взаимно-корреляционной функции, которые в отсутствии синхросигнала являются нормальными случайными величинами с нулевыми математическими ожиданиями и с одинаковыми дисперсиями σ (см. Горяинов В.Т., Журавлев А.Г., Тихонов В.И. Статистическая радиотехника: Примеры и задачи. Учеб. пособие для вузов/Под ред. В.И. Тихонова. М.: Советское радио, 1980. - 544 с), а также вычисляют и запоминают N случайных величин  которые в этом случае подчиняются (см. там же) закону распределения Релея
для которых вероятность превышения некоторого уровня TR определяется выражением
n
n
n
а при нормировании величин ξ на величину среднеквадратического отклонения (СКО) σ составляющих x (либо y) вероятность превышения уровня TR каждой из нормированных величин  определяется только ве-личиной этого уровня независимо от уровня шума на входе
n
ξ
n
n
n
при этом в массиве отсчетов ξ отыскивают максимальную компоненту M=max(ξ), а для вычисления СКО составляющих x значения отсчетов x запоминают в массиве MAS, который циклически сдвигают m раз вправо (либо влево) на m⋅Δ позиций, где  K=N/Δ, Δ - шаг циклического сдвига, который определяется производительностью модуля цифровой обработки сигналов, для отыскания в массиве MAS сегмента, который не содержит максимумов взаимно-корреляционной функции, обусловленных воздействием многолучевого сигнала, и при выполнении очередного сдвига формируют массив MAS_1 путем выделения в массиве MAS первых N/2 отсчетов, вычисляют СКО  элементов массива MAS_1
n
ξ
которые запоминают в массиве Ω, после выполнения K сдвигов в сформированном массиве Ω отыскивают отсчет с минимальным уровнем, который отождествляют с СКО σ случайных величин x, осуществляют деление величины максимальной компоненты М на полученное значение величины σ и производят сравнение частного от деления с установленным порогом обнаружения, в случае превышения которого принимают решение об обнаружении синхросигнала.
Заявленное изобретение позволяет обеспечить постоянную вероятность ложной тревоги при обнаружении синхросигнала в многолучевом гидроакустическом канале, содержащем различное количество лучевых составляющих.