Пестряков Б.В. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации (1973) (1151884), страница 33
Текст из файла (страница 33)
В оптимальной схеме распознавания, имеющей нулевой порог, это невозможно. При неустраненной неопределенности по задержке и отсутствии стробирования напряжений на выходах двух каналов, подаваемых на вычитающее устройство, в связи со случайными сочетаниями отклика на помехи и отклика на сигналы, определяемые их автокорреляционной и взаимокорреляционной функциями, на выходе вычитающего устройства будет наблюдаться случайное сочетание положительных и отрицательных выбросов, символизирующих решения, или принятие гипотез.
Эти решения могут восприниматься как случайное чередование информационных символов. Для иллюстрации сказанного, на рис. 5.3.5 дан отклик на выходе вычитающего устройства схемы распознавания двух квазиортогональных ШПС с Б, = 15 в предположении того, что отсутствовали помехи и что вначале передавался сигнал з, (1), потом з, (1) и затем опять з, (1). Следовательно, согласованные фильтры позволяют устранить неопределенность по задержке, используя один канал, действие которого подобно многоканальной схеме с корреляторами при любой базе сигнала.
Но техническая реализация фильтров на сигналы с большой базой является сложной задачей, которая рассмотрена в гл. 6. Таким образом, для сигналов с большими базами (Б, ) 100 —: 500) согласованные фильтры не могут быть практически использованы для реше' ния задачи устранения неопределенности по задержке. Однако их положительные свойства инвариантности к задержке широко используются в схемах поиска, в частности в многоэтапных системах, которые рассмотрены в ~ 5.5 и 5.6. 5.4. Последовательный поиск Основной недостаток рассмотренных выше многоканальных схем при использовании их для'ШПС с большими базами состоит в сложно.
сти, так как они должны содержать большое число У„каналов с корреляторами или использовать сложные в реализации многоканальные схемы с СФ. Причем сложная многоканальная схема используется только в начале работы при устранении неопределенности. В процессе приема информации участвует только один или два канала. Трудности создания многоканальных схем привели к тому, что на практике в системах, использующих ШПС, большое развитие получили методы последовательного поиска.
Если иметь в виду схемы с кор1бб реляторами, то при р,, = 2 вместо создания й/„каналов можно использовать два канала, осуществляя после каждого цикла приема сигнала, длящегося в течение времени Т„перестройку канала по частоте на величину Л/,/Б, с сохранением задержки в течение /У1 циклов и повторением этой процедуры для М,Б, значений задержки, отличающихся на время Т,/Б,.
Последовательность обзора «области неопределенности> может быть другой — текущее изменение задержки и периодическое изменение частоты. Пример функциональной схемы последовательного поиска для р, = 2 дан на рис. 5.4.1, схема условно дана без той части, которая осуществляет слежение за задержкой и частотой (см. гл. 6). Напряжение с двух квадратурных кор- л7г реляторов после суммирования (+) подается на пороговое устройство хМ + 51 с порогом П. С выхода порогового /55 устройства поступает команда прекращения поиска на устройство поиска (УП), через которое осуществляется управление генератором копии сигналов (ГКС) з, и 5,. Одновременно на выходе порогового устройства получается в последующих циклах передачи сигналов подтверждение правильности поиска и функционирования передатчика системы.
1>и«. ЗДЛ. При реализации схем последовательного поиска «двпжение» можетбыть дискретными «шагами» или плавным, по одной «координате» быстрее, по второй медленнее. Плавное изменение координат удобно сочетать с использованием в качестве накопителя фильтра нижних частот с полосой пропускания 1/Т,. Это существенно упрощает схему. Достоверность и время поиска в схемах с плавным и шаговым «движением» могут иметь близкие значения, Основным параметром таких схем является время поиска. Для проверки всей области неопределенности нужно затратить время Т, „„„= Ы1Б,Т> Но положение действующего сигнала в области неопределенности случайно и в первом приближении равномерно. Поэтому время поиска — величина случайная.
При малом влиянии помех среднее время поиска для схем с корреляторами равно (5.4.1) и, (Т„) = Н1Б,Т,/2, если число каналов равно р», Случайность времени поиска определяется также еще и действием помех. Благодаря конечным вероятностям ложного обнаружения на каждом «шаге» или в каждой «ячейке» с вероятностью Р (Г,/0)р„устРойство может принимать ошибочные решения о наличии сигнала. 167 Количество «шагов», прн которых может наблюдаться ложное обнаружение при наличии сигнала, в среднем составляет 0,5й/~Б„. Эта ошибка может быть устранена повторной проверкой, которую можно считать уже безошибочной, с затратой времени Т,. Кроме того, имеется вероятность пропуска сигнала Р (Г,/з), которая приводит к повторению У~Б, «шагов» нлп циклов, с затратой времени Л'~Б,Т,.
Время поиска в первом приближении можно оценивать средним временем т (Т„) й/~Б,Т, (0,5 + Р (Г,/з) + 0,5Р,Р (Г,/О)), (5.4.2) где Р (Г,/з) и Р (Г,/О) — вероятности пропуска сигнала н ложного обнаружения в каждой <дискретной ячейке» при функционировании схемы как обнаружителя одного сигнала. Обычно Р (Г,/О) или Р (Г,/0)Р,Н~Б, = Р (Г,/ОУ„) можно рассматривать как задаваемые величины; их значения определяются режимом работы системы поиска при отсутствии сигнала и были приведены выше. В этих условиях величина т (Т,) будет зависеть от вероятности Р (Г,/з), которая может быть найдена, если известно Е,//1/„и задана Р (Г,/О) или Р (Г,/О/«'„) по приведенным выше формулам (2.3.33) и (5.2.5), если рассматривать соответствующий решаемой задаче сигнал со случайной фазой.
Таким образом, среднее время поиска зависит от й/~Б„Е,/Н„и р,. Как видно из результатов, при последовательном поиске аппаратура сравнительно проста прп любой базе и она может быть реализована, но время поиска может быть значительным и определяться в основном произведением Т,М~Б,. Не менее существенно также то, что при некоторых условиях среднее время поиска и, особенно, максимальное могут значительно увеличиваться дополнительно.
Например, если за время поиска наблюдается значительное изменение задержки и частоты, то при этом траектория поиска может пройти в стороне от значений рассогласований по частоте и задержке и поиск потребуется повторять несколько раз. При ограниченном времени поиска вероятность его успешного завершения может быть существенно меньше единицы. Также дополнительно увеличивается время поиска, если он осуществляется прн случайной последовательности р, сигналов, но схема рассчитана на прием, например, одного из них.
Существенный интерес представляет исследование влияния боковых выбросов функции неопределенности на последовательный поиск. При «пошаговом» поиске в моменты принятия решений значения откликов на сигнал соответствуют случайно ориентированной совокупности точек на рельефе функции неопределенности, отделенных друг от друга на величину «шагов» по задержке и частоте. При плавном «движении» за счет изменения временного и (или) частотного положения копии сигнала либо фильтров происходит деформация величины вы)г1а бросов. По изложенным причинам нет надобности детально исследовать рельеф функции неопределенности.
Больший интерес представляет усредненная оценка боковых выбросов, которая приведена в гл. 3. Более детально проявляется рельеф функции неопределенности при поиске с использованием согласованных фильтров с шаговым движением по частоте. При действии сигнала на согласованный фильтр отклик воспроизводит все сечение функции неопределенности при том смещении по частоте, которое имеет место в этом цикле, Однако это смещение случайно, поэтому в случае поиска с использованием согласованных фильтров основной интерес также представляет усредненная оценка боковых выбросов.
Очевидно, что наличие больших отдельных выбросов может приводить к регулярной ошибке поиска. Кроме того, реально присутствуют также шумы. При этом точное решение задачи усложняется, так как для вычисления вероятности ошибки необходимо найти функцию распределения для смеси шума и отдельных боковых выбросов. В первом приближении можно упрощенно оценивать результирующую помеху как нормальный шум с суммарной мощностью. Для сигналов с большой базой боковые выбрось ФАК имеют относительно небольшую величину и основное влияние на поиск оказывают помехи. В связи с тем, что последовательный поиск требует больших затрат времени, существенный интерес представляет изучение различных методов ускорения поиска, например: использование априорных сведений о распределении отклонений по частоте и задержке при выборе траектории поиска; применение поиска по случайной программе, однако теория и опыт показывают, что это не дает существенного выигрыша и значительно усложняет аппаратуру.
Некоторые возможности появляются при уменьшении времени приема в каждой «ячейке». Поскольку для систем передачи информации характерен режим, когда достоверность высока и Е,!М„~ 10, то члены, увеличивающие среднее время в (5.4.2), мало влияют, и оно определяется в основном членом 0,5И,Б„Т,. Для его уменьшения можно сократить время приема — Т„,„ ( Т„ подавая на корреляторы копию сигнала, содержащую только часть последовательности.
При этом начнет увеличиваться вероятность пропуска сигнала, если считать, что вероятность ложного обнаружения задана, и при Т„,„ ( Т, изменяется порог. Решения о наличии сигнала, принятые при Т„„ ( Т„ могут быть проверены с накоплением в течение Т„ т. е. практически безошибочно, и система поиска становится двух- этапной. Однако очевидно, что при значительном уменьшении Т„,„потери времени, вызванные ошибками, возрастают, и общие затраты времени начинают увеличиваться.
При оптимальном режиме удается сократить время поиска примерно в 10 раз. Не будем подробно рассматривать эти методы, так как значительно ббльшие возможности дают двухэтапные схемы и процедуры, приведенные ниже, в которых на промежуточном этапе используются согласованные фильтры. 169 5.5. Двухэтапный поиск шумоподобного сигнала но задержке 5.5.1.
Процедура поиска и функциональная схема системы Среди различных методов поиска [5.1) одним из наиболее перспективных является многоэтапный, который является частным случаем поиска с анализом промежуточных результатов. В этом случае процесс поиска разбивается на несколько этапов, причем результаты, полученные на каком-то этапе, используются при проведении последующих. В этом параграфе будет рассматриваться только двухэтапный поиск.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
