Двухканальный ранговый обнаружитель сигналов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ РАНГОВЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Никитенок Виктор Иванович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56) НИКИТЕНОК В.И. Вестник Военной академии Республики Беларусь. - 2011.2. - С. 96-102.2100822 1, 1997.2204146 2, 2003.1621046 1, 1991.1617433 1, 1990.2008/040037 1.(57) Двухканальный ранговый обнаружитель сигналов, содержащий первый канал, состоящий из последовательно соединенных ключевого блока и блока нормирования первого канала, пороговый блок, подключенный входом через последовательно соединенные управляемый суммирующий блок и сумматор ко второму каналу, состоящему из последовательно соединенных первого ключевого блока второго канала, блока нормирования второго канала, накопителя импульсов и второго ключевого блока второго канала, а также блок сравнения, входы которого подключены к выходам ключевого блока первого канала и первого ключевого блока второго канала, а выходы - к их вторым входам, при этом выход блока нормирования первого канала подключен ко вторым входам накопителя импульсов и второго ключевого блока второго канала. Изобретение относится к радио- и оптической локации и может использоваться для автоматического обнаружения стационарной пуассоновской последовательности импульсов с сигналом в пуассоновской помехе неизвестной интенсивности. Известен непараметрический обнаружитель сигналов 1. Он предназначен для обнаружения пуассоновской последовательности с сигналом в пуассоновской помехе и построен на базе непараметрического теста Вальда-Вольфовица. Обнаружитель сигналов имеет низкую эффективность. 17152 1 2013.06.30 Наиболее близким к заявляемому техническим решением является ранговый обнаружитель Манна-Уитни 2, включающий пороговый блок, к входу которого через блок разности и накопитель импульсов подключены два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого ключевого блока, блока нормирования, накопителя импульсов, второго ключевого блока, причем выход блока нормирования первого канала подключен ко вторым входам накопителя импульсов и второго ключевого блока второго канала и второго ключевого блока первого канала блок сравнения, входы которого подключены к выходам первых ключевых блоков первого и второго каналов, а выходы - ко вторым входам ключевых блоков первого и второго каналов. Существенным недостатком устройства обнаружения сигналов при неизвестной интенсивности помехи является его низкая эффективность, особенно при малых отношениях сигнала к помехе. Задачей изобретения является повышение эффективности обнаружителя особенно при малых отношениях сигнала к помехе. Поставленная задача достигается тем, что двухканальный ранговый обнаружитель сигналов содержит первый канал, состоящий из последовательно соединенных ключевого блока и блока нормирования первого канала, пороговый блок, подключенный входом через последовательно соединенные управляемый суммирующий блок и сумматор ко второму каналу, состоящему из последовательно соединенных первого ключевого блока второго канала, блока нормирования второго канала, накопителя импульсов и второго ключевого блока второго канала, а также блок сравнения, входы которого подключены к выходам ключевого блока первого канала и первого ключевого блока второго канала, а выходы - к их вторым входам, при этом выход блока нормирования первого канала подключен ко вторым входам накопителя импульсов и второго ключевого блока второго канала. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема двухканального рангового обнаружителя сигналов. Двухканальный ранговый обнаружитель сигналов включает первый канал, состоящий из ключевого блока 1 и блока нормирования 2 первого канала, пороговый блок 3, управляемый суммирующий блок 4 и сумматор 5, второй канал, состоящий из первого ключевого блока 6 второго канала, блока нормирования 7 второго канала, накопителя импульсов 8 и второго ключевого блока 9 второго канала, а также блок сравнения 10. Двухканальный ранговый обнаружитель сигналов работает следующим образом. На один из входов обнаружителя поступает случайная стационарная пуассоновская последовательность коротких импульсов, обусловленная помехой, на другой - случайная стационарная последовательность коротких импульсов, обусловленная наличием смеси полезного сигнала и помехи. Блоки 1, 6, 10 обеспечивают условие равенства объема обрабатываемых данных 3 количество импульсовв каждом канале. Таким образом, на блоки 2, 7 нормирования поступает одинаковое количество коротких импульсов. На выходе этих блоков формируются импульсы стандартной амплитуды и длительности. Первый стационарный пуассоновский поток с интенсивностью 1, содержащийимпульсов на интервале времени 0, 1, представляет собой результат упорядочения элементов выборки из равномерного распределения с плотностью 4 1 /1 / , 01 ,1 1(1) 0,0,1 ,а второй стационарный пуассоновский поток с интенсивностью 2, содержащийимпульсов на интервале времени 0, 2, - результат упорядочения элементов выборки из равномерного распределения с плотностью 1 /2 / , 02 ,2 ( )2 17152 1 2013.06.30 В накопителе импульсов 8 единичные импульсы складываются по амплитуде. Величина амплитуды импульсов соответствует рангам импульсов (наблюдений) в общем вариационном ряду. Последовательность рангов первого пуассоновского потока 1, ,формируется на выходе второго ключевого блока 9 второго канала в виде последовательности импульсов, амплитуды которых равны этим рангам. На выходе управляемого сум 2 мирующего блока 4 формируется значение суммы 21 (1 / ) , входящей в выражение для статистики теста Сэвиджа 5-7 которое вырабатывается на выходе сумматора 5 и сравнивается в пороговом блоке 3 со значениями порогов обнаружения (4). На основании этого принимается решение о наличииили отсутствиисигнала в одном из каналов. При 1 гауссово приближение для распределения статистики (1) оказывается достаточно точным как при отсутствии, так и при наличии сигнала. При отсутствии сигнала математическое ожидание и дисперсия статистики (1) соответственно равны 0,(2) 02 (10,5 /1 (1 //(21)0,5(10,5 /1 (1 /. 2 Откуда пороги обнаружения, определяемые пороговым блоком 3, равны 1, 200 Ф 1 (1/ 2)0,5(10,5 /1 (1 / Ф 1 (1/ 2) 2 где- задаваемая вероятность ложной тревоги Ф-1 - функция, обратная интегралу ве 12 / 2. роятности Ф2 При наличии сигнала математическое ожидание и дисперсия статистики (1) соответственно равны(9) Используя формулы (1), (2) и (5-9), получаем выражение для вероятности правильного обнаружения (1)Ф( 1) / 1 Ф(2/(2) (0,5 /(1 Ф 1 (1/ 2 //(2 /(2) (12(1) /(2) (0,5 /(12 /(2) (0,5 /(12 ) гдес/0 - отношение интенсивностей потока сигналаи помехи 0 (отношение сигнала к помехе). Выражение для вероятности правильного обнаружения прототипа имеет вид 2 17152 1 2013.06.30 Сравнение заявляемого обнаружителя и прототипа проведено по рабочим характеристикам и значениям относительной эффективности (ОЭ)(,)/,где индексыиотносят соответствующие характеристики к сравниваемым обнаружителям. Расчеты по (10-12) показывают, что заявляемый обнаружитель эффективнее прототипа в целом и особенно при малых отношениях сигнала к шуму. Так, при 0,1 для одинаковых вероятностей правильного обнаружения ОЭ практически равны для разных вероятностей ложной тревоги (10-4-10-6)ОЭ 3,50-3,52(0,5), ОЭ 2,23-2,39 (0,9). Это означает, что в указанных условиях заявляемый обнаружитель требует в 3,50-2,23 раза меньший объем обрабатываемых данных (или меньшее время наблюдения), чем прототип. Источники информации 1. Никитенок В.И. Быстрые непараметрические алгоритмы обнаружения сигналов. Минск БГУ, 2010. - С. 70-72. 2. Никитенок В.И. Быстрые непараметрические алгоритмы обнаружения слабых оптических сигналов. 4.1. // Вестн. Воен. акад. Респ. Беларусь. - 2011. -2. - С. 96-102. 3. Никитенок В.И. Быстрая процедура формирования ранговой последовательности в двух стационарных пуассоновских потоках импульсов / В.И. Никитенок // Вестн. Воен. акад. Респ. Беларусь. - 2011. -1. - С. 67-73. 4. Никитенок В.И. Элементы теории ранговых критериев, работающих в реальном времени // Вестн. Воен. акад. Респ. Беларусь. - 2009. -2 (23). - С. 93-99. 5. Гаек Я., Шидак З. Теория ранговых критериев Пер. с англ. под ред. Л.Н. Большева. М. Наука, 1971. - С. 121-122, 196-301. 6..,//. - 1958. - . 29. - . 972-994. 7.--//. - 1956. - . 27. - . 590-615. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4