Возможности построения адаптивного приемника поляризованных сигналов

2006

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника

№ 98

УДК 621.396.96

ВОЗМОЖНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АДАПТИВНОГО ПРИЕМНИКА

ПОЛЯРИЗОВАННЫХ СИГНАЛОВ

А.И. ЛОГВИН, А.Ю. ВЛАСОВ

Рассматриваются возможности построения адаптивного приемника линейно поляризованного сигнала на основе преобразования адаптивной ситуации в неадаптивную путем выполнения оценки неизвестных параметров сигнала.

Главная проблема, которая возникает при обработке радиолокационной информации (и не только радиолокационной), связана с наличием или отсутствием достаточного объема априорной вероятности. Чем больше имеется априорной информации, тем проще строить оптимальные (по принятым критериям) приемные устройства. Классическим примером такого подхода является байесовский метод, когда предполагается наличие всей необходимой априорной информации. Такие структуры сегодня хорошо известны и многие реально существующие приемные устройства реализуют практически оптимальные структуры (в определенных ситуациях квазиоптимальные) [1]. Однако на практике априорная информация не может быть предоставлена в полном объеме и речь может идти только о том или ином количестве априорной информации, имеющейся в приемном устройстве. Полное отсутствие априорной информации говорит о невозможности вообще строить какой-либо приемник, поэтому задачу приема приходящих сигналов можно рассматривать только с позиций наличия некоторого объема этой информации. Недостаток наличия априорной информации восполняется с помощью методов адаптивного подхода, т.е. в процессе приема поступающей информации в приемнике проводится соответствующий анализ, на основе которого вырабатываются решения, связанные с учетом все более новых поступающих данных [2]. На основе этого анализа может меняться сама структура приемного устройства, его алгоритм работы и т.д. Все это входит в понятие адаптации приемного устройства.

Поэтому рассматривая вопрос о построении адаптивных приемных устройств поляризованных сигналов, необходимо, прежде всего, формулировать задачу анализа поступающей информации. Соответственно эта задача может быть связана с адаптивной в виде изменения поляризованного состояния излучаемой радиоволны, либо в виде изменения поляризационных параметров принимаемой стороны с учетом возможных изменений поляризационного состояния приходящей волны. Однако в данной статье рассматривается несколько иной подход к решению адаптационной задачи, сформулированный в [2]. Суть этого подхода заключается в том, чтобы с помощью вышеуказанного анализа по получению дополнительных данных свести адаптационную задачу к неадаптивной и решать ее обычными методами байесовского подхода.

Пусть наблюдаемый сигнал записывается в следующем виде:

%

где Х(Х) - есть вектор информационных параметров сигнала; а(Х) - вектор неинформационных параметров (сопутствующего) сигнала; п(Х) - шумовая составляющая принятой реализации, X - текущее время.

По своей физической сути вектор параметров а(Х) не отличается от вектора параметров Х(Х). При разной постановке задачи они могут меняться местами. Например, Х(Х) может представлять собой вектор поляризационных параметров сигнала, несущих информацию о физических свойствах зондируемого объема, а а(Х) в этом случае может быть вектором таких параметров, как амплитуда, временная задержка и т. д. В случае обычного радиолокационного наблюдения информационным параметром является временная задержка сигнала (определение дальности),

входящая в вектор Х(1;), а поляризационные параметры являются сопутствующими, входящими в вектор а(1:).

Пусть для линейно поляризованного сигнала сопутствующими неизвестными параметрами

является угол ориентации в плоскости поляризации по отношению к выбранной системе коор-

динат. Рассматривая задачу обнаружения сигнала, можем записать сигнал в форме

£

где X = 0 или X = 1, А - амплитуда сигнала; ю0 - частота; ф - высокочастотная фаза.

В данном случае прием информации X осуществляется в условиях неопределенности, которая связана со случайным поведением параметра в, при условии известности всех остальных параметров, входящих в соотношение (2).

Для решения задачи обнаружения необходимо найти апостериорную плотность распределения вероятностей Р(Х/£).

По свойству согласованности плотностей вероятностей можем записать [3]

Р

где в данном случае а=в, Р(Х/£) - совместная апостериорная плотность распределения вероятностей X, а.

Значение Р(Х/£) позволяет найти амплитудную оценку информационного параметра X по

А

любому выраженному критерию. В частности оценка Л по критерию минимума среднеквадратической ошибки будет равна

Л = \АР

Таким образом, если определить совместную апостериорную плотность распределения вероятностей всех неизвестных параметров, как информационных, там и сопровождающих, то на

А

основании формул (3) и (4) получим значение X в виде ее оценки Л.

Суть приведенного подхода заключается в том, что вначале мы имели неизвестный поляри-

А

зационный параметр в и уже значение этой оценки / подставляется в исходные соотношения, переводя поставленную задачу в неадаптивную, т.е. появляется возможность применения обычных байесовских методов.

Таким образом, выполнив операцию (3), мы получим запись сигнала вместо (2) в форме

А

£^, Л) = Л  А  соб^о  I + ф)  соб

Для этого случая получаем классическую задачу обнаружения сигнала со всеми известными параметрами.

Аналогичный подход можно использовать и для решения задачи оценки параметров, когда поляризационные параметры продолжают оставаться сопутствующими параметрами.

Ситуация несколько изменяется, если сами поляризационные параметры являются информационными, а остальные параметры (амплитуда, фаза и др.) будут сопутствующими. В этом случае решается для информационных параметров только задача оценки. Однако во многих случаях задача обнаружения сопровождается одновременным решением задачи оценки параметров, входящих в состав обнаруживаемого сигнала, хотя это и не выражено в явном виде.

Так например, оптимальный алгоритм обнаружения сигнала в некотором приемнике имеет

вид:

|| Х)  СОБ^о  I)  Ж)| +11Х)  8т

где Н - порог решения.

Представив левую часть (6) в виде:

\хщ j^Oi) • cos(w0 • ti) • dti

cos(w0 • t) +

A

j X(t1) • sin(w0 • t1) • dt1 • sin(w0 • t) \dt = j X(t) • S(t) • dt,

можем алгоритм оптимального обнаружения записать как

jX(t) • S (t) • dt <> н,

где

A

S (t) = т.е.

j X(t1) • cos(w0 • t1) • dt1

• cos(w0 • t) +

j X(t1) • sin(W0 • t1) • dt1

• sin(w0 • t) = A cos(w0 • t + j),

A =

І

j X(t1) • cos(w0 • t1) • dt

T

jx(ti) • sin(W0 • tj) • dt1

J X(t1) • sin(w • t1) • dt1

j = arctg

j X(t1) • cos(w0 • t1) • dt

В выражениях (8) A и j являются максимально правдоподобными оценками амплитуды и фазы сигнала по наблюдению на интервале [0,Т].

Соответственно алгоритм обнаружения (7) совпадает по форме с алгоритмом обнаружения известного сигнала, но здесь вместо копии сигнала (как в известном сигнале) используется его

А

оценка S (t), полученная из принятой реализации.

Аналогичный подход может быть использован и для случая приема поляризованных сигналов, например, принимая в качестве либо информационных, либо сопутствующих параметров -геометрические параметры поляризационного эллипса принимаемой радиоволны.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983.

2. Стратонович Р.Л. Принципы адаптивного приема. - М.: Сов. радио, 1973.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1969.

POSIBILITY OF ADAPTIVE RECEIVERG OF POLARIZING SIGNALS

Logvin A.I., Vlasov A.U.

Posibility of creating adaptive receivers of polarizing signals are considered. This considering on transformation nonknown parameters of signals.

Сведения об авторах

Логвин Александр Иванович, 1944 г.р., окончил КГУ (1966), академик Российской академии транспорта, профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой МГТУ ГА, автор более 400 научных работ, область научных интересов - радиолокация, техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования, управление воздушным движением.

Власов Андрей Юрьевич, 1981 г.р., окончил МГТУ ГА (2004), старший преподаватель МГТУ ГА, область научных интересов - радиополяриметрия в радиолокации.

0

0

0

0

0

A

0

0

2

2

T

A

A

0

0