Компенсация преднамеренных помех рекурсивным алгоритмом наименьших квадратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОМПЕНСАЦИЯ ПРЕДНАМЕРЕННЫХ ПОМЕХ РЕКУРСИВНЫМ АЛГОРИТМОМ НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ

А.В. Журавлев, В.Г. Маркин

Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» (АО НВП «ПРОТЕК»), г. Воронеж, Российская Федерация

Аннотация

Рассмотрен метод компенсации преднамеренных помех в санкционированных радиосредствах на фоне нескольких преднамеренных помех, создаваемых системой радиоподавления несанкционированным радиосредствам. Метод основан на использовании информации о частотно-временной структуре преднамеренных помех. Компенсация преднамеренных помех осуществляется с помощью рекурсивного алгоритма наименьших квадратов.

Ключевые слова: преднамеренные помехи, компенсация, рекурсивный алгоритм наименьших квадратов.

Abstract

COMPENSATION INTENTIONAL INTERFERENCE WITH A RECURSIVE ALGORITHM OF LEAST SQUARES

А. V. Zhuravlev, V. G. Markin

Joint stock company scientific-promotional enterprise “PROTEK” (JSC SPE “PROTEK”), Voronezh, Russian Federation

The method of compensation of the intentional hindrances created by system of radio suppression to unauthorized radio means is considered. The method is based on the use of information about the frequency-time structure of intentional interference. Compensation of intentional interference is carried out by means of recursive least squares algorithm.

Keywords: intentional interference, compensation, recursive least squares algorithm.

В практике радиоэлектронной борьбы применяют средства создания преднамеренных радиопомех несанкционированным радиосредствам 1, содержащие совокупность разнесенных в пространстве передатчиков помех. Недостатком таких комплексов является то, что они создают помехи не только несанкционированным радиосредствам, но и радиосредствам санкционированных потребителей. Указанный недостаток обусловил потребность в защите санкционированных потребителей от такого рода помех.

Одним из эффективных методов компенсации помех является пространственная селекция, обеспечиваемая управлением диаграммой направленности (ДН) приемной антенной системы [2-7]. Если известны направления прихода полезных сигналов, то возможно, с одной стороны, повысить уровень полезного сигнала на входе приемника, а с другой - уменьшить уровень помех, поступающих в приемник. Пространственная селекция позволяет осуществлять ослабление помеховых воздействий, направления прихода которых отличаются от направления на источник полезного сигнала. Но иногда возникает необходимость избавиться от помех, приходящих с направлений, близких к направлению прихода полезного сигнала. Компенсацию таких преднамеренных помех можно обеспечить за счет использования априорной информации об их частотно-временной структуре, известной санкционированным потребителям.

В настоящей работе изложен метод компенсации преднамеренных помех, использующий информацию частотно-временной структуре помех. В качестве алгоритма компенсации помех применяется рекурсивный алгоритм наименьших квадратов.

Задачу компенсации преднамеренных помех можно сформулировать следующим образом. Имеется источник полезного сигнала s(k) и N источников преднамеренных помех, уровень которых выше уровня полезного сигнала. В приемном средстве санкционированного потребителя имеется информация о частотно-временной структуре преднамеренных помех (несущая частота, закон модуляции, время прихода). Требуется выделить полезный сигнал на фоне преднамеренных помех.

Метод компенсации преднамеренных помех

На вход приемного средства санкционированного потребителя поступает смесь

y(t)= s(t)+z(t),

состоящая из полезного сигнала s(t) и совокупности преднамеренных помех z(t).

С учетом того, что известна информация о частотно-временной структуре преднамеренных помех, можно создать их копии u₁(t), u₂(t),…, u_N(t). С использованием копий помех сформируем групповой помеховый сигнал в виде

,

где w₁(t), w₂(t),…, w_N(t) - комплексные весовые коэффициенты, регулирующие амплитуду и фазу копий помех, W(t)=[w₁(t), w₂(t),…, w_N(t)] - вектор-строка весовых коэффициентов, U(t)=[ u₁(t), u₂(t),…, u_N(t)]^T - вектор-столбец копий преднамеренных помех.

Оценку полезного сигнала можно получить в виде

.

Точность оценки полезного сигнала существенным образом зависит от значений коэффициентов вектора W(t). Вектор W(t), обеспечивающий минимизацию преднамеренных помех в выходном сигнале за счет регулировки амплитуд и фаз копий помех, можно найти с помощью рекурсивного алгоритма наименьших квадратов [6] в виде

0<₁1,

где верхний индекс «^Т» - означает транспонирование и комплексное сопряжение, K(t) - вектор-столбец, рассчитываемый по формуле [6]

, 0<1.

Здесь P(t-1) - оценка обратной корреляционной матрицы копий преднамеренных помех. Обновление оценки обратной корреляционной матрицы осуществляется с помощью уравнения

, 0<₂1.

Начальное значение вектора W(0) принимается равным единичному вектору, а в качестве исходного значения матрицы P(0) используется диагональная матрица вида P(0)=сI, где с>>1, I - единичная матрица.

4. Результаты моделирования

В качестве полезного сигнала используем фазоманипулированный (ФМ) сигнал с 11-разрядным кодом Баркера [1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1]. ФМ сигнал имеет следующий вид

,

где А - амплитуда сигнала, f - частота несущей, t - время, ц(t) - модулирующая функция, принимающая два значения 0 и р, определяемые исходным кодом Баркера.

Амплитуда сигнала равна 1,0. Несущая частота равна f=1,0. Расстояние между соседними отсчетами времени составляет 0,1 периода высокочастотного колебания. Преднамеренные помехи формируем в виде трех синусоидальных сигналов

,

где k=1, 2, 3 А_k - амплитуда, f_k - несущая частота.

Амплитуды помех равны A₁=10 и A₂=5, A₃=5 несущие частоты помех равны f₁=1,01, f₂=0,98, f₃=0,99.

Среднеквадратичное значение аддитивного шума с нормальным распределением на входе приемного средства составляет 1,0.

На рисунке 1 показаны исходный ФМ-сигнал (рисунок 1а), отклик согласованного фильтра на действительную составляющую комплексной огибающей ФМ-сигнала (рисунок 1b), сумма ФМ-сигнала, помех и аддитивного шума до коррекции (рисунок 1c), отклик согласованного фильтра на действительную составляющую комплексной огибающей этой суммы (рисунок 1d), сумма ФМ-сигнала, помех и аддитивного шума после коррекции (рисунок 1е) отклик согласованного фильтра на действительную составляющую комплексной огибающей этой суммы (рисунок 1f). Результаты коррекции получены при значениях л=0,9; л₁=0,02; л₂=0,03.

Из приведенных графиков видно, что воздействие помех сильно искажает отклик согласованного фильтра на принимаемый сигнал (рисунок 1d), что приведет к ошибкам при его декодировании. После коррекции помех отклик согласованного фильтра на смесь сигнала и помех (рисунок 1f) близок к отклику на идеальный ФМ сигнал (рисунок 1b).

Рис.1. Результаты воздействия помех на ФМ сигнал с 11-разрядным кодом Баркера.

помеха радиоподавление сигнал антенный

В работе рассмотрен метод компенсации преднамеренных помех в санкционированных радиосредствах, создаваемых системой радиоподавления несанкционированным радиосредствам. Метод основан на использовании информации о частотно-временной структуре преднамеренных помех. Компенсация преднамеренных помех осуществляется с помощью рекурсивного алгоритма наименьших квадратов. Результаты математического моделирования показали эффективность рассматриваемого метода.

Литература

1. Журавлев А.В. Пространственно-распределенный комплекс средств создания радиопомех. /Журавлев А.В., Красов Е.М, Смолин А.В., Безмага В.М., Анисифоров А.А., Сергеев В.Н., Шуваев В.А. //Патент № 2563972 РФ, МПК H04K3/00. (РФ). Заявл. 27.03.2014. Опубл. 27.09.2015. Бюл. № 27.

2. Уидроу Б. Адаптивные антенные системы. /Уидроу Б., Мантей П.Е., Гриффитс Л.Д., Гуд Б.Б. //ТИИЭР. 1967, Т.55, №12. - С. 78-95.

3. Монзинго Р.А, Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. Введение в теорию // Пер. с англ. М: Радио и связь. 1986. - 448с.

4. Гриффитс Л. Простой адаптивный алгоритм для обработки сигналов антенных решеток в реальном времени//ТИИЭР.1969. Т.57. №10. -С. 6-14.

5. Фрост III. Алгоритм линейно-ограниченной обработки сигналов в адаптивной решетке. //ТИИЭР. 1972. Т. 60. №8. - С. 5-14.

6. Сергиенко А. Б. Алгоритмы адаптивной фильтрации: особенности реализации в MATLAB. //Exponenta Pro. Математика в приложениях. 2003. №1. - С.18-28.

7. Маркин В.Г. Сравнительный анализ эффективности применения рекурсивных алгоритмов в адаптивных антенных решетках. //Радиотехника, №3, 2013г. - С.76-78.

References

1. Zhuravlev A. V. et al. Spatially distributed set of tools to create interference. / Zhuravlev A. V., Krasov E. M., Smolin, A. V., Bessaga V. M., Anisiforov A. A., Sergeev V. N., Shuvaev V. A. // Patent No. 2563972 of the Russian Federation, IPC H04K3/00. (Russian Federation.) Appl. 27.03.2014. Publ. 27.09.2015. Bull. No. 27.

2. Widrow B. Adaptive antenna systems. /Widrow B., Mantey P.E, Griffiths L.D, Good B.B.//IEEE. 1967, Vol. 55, № 12. - P. 78-95.

3. Monzingo R.A, Miller T.W. Adaptive antenna arrays. Introduction to the theory / / Per. English._M: Radio and communication. 1986. - 448 p.

4. Griffiths L. A Simple adaptive algorithm for real-time signal processing of antenna arrays// IEEE.1969. Vol. 57. No. 10. - P. 6-14.

5. Frost III. The algorithm is linearly bounded signal processing in the adaptive array. // IEEE. 1972. Vol. 60. No. 8. - P. 5-14.

6. Sergienko A. B. Algorithms for adaptive filtering: peculiarities of implementation in MATLAB. // Exponenta Pro. Mathematics in applications. 2003. No. 1. - P. 18-28.

7. Markin V. G. Comparative analysis of efficiency of application of the recursive algorithms in adaptive antenna arrays. // Radiotehnika, № 3, 2013. - P. 76-78.

Размещено на Allbest.ru