Адаптивное устройство обнаружения сигнала

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Седышев Сергей Юрьевич Калютчик Виталий Степанович Гуцев Роман Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Адаптивное устройство обнаружения сигнала, состоящее из буфера памяти, содержащего (23) ячеек, сумматора, умножителя на коэффициент 1/2, компаратора, отличающееся тем, что в него включены первый и второй делители, устройство вычитания,первый и второй умножители, умножитель на коэффициент 0, устройство логарифмирования, в котором 2 ячеек буфера памяти соединены с входом сумматора, выход которого соединен с входом умножителем на коэффициент 1/2, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, первым входом устройства вычитания и первым входом второго делителя, второй вход первого умножителя, второй вход устройства вычитания и второй вход второго делителя соединены с (2)-й ячейкой буфера памяти, выход первого умножителя соединен с первым входом первого делителя, второй вход которого соединен с выходом устройства вычитания, выход второго делителя соединен со входом умножителя на коэффициент 0, выход умножителя на коэффициент 0 соединен со входом устройства логарифмирования, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя, первый вход которого соединен с выходом первого делителя, выход второго умножителя соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с(56) 1. Охрименко А.Е. Основы радиолокации и РЭБ. Ч. 1. Основы радиолокации. - М. Воениздат, 1983. - С. 277. 2. . .., 1993. - . 6, 22. 3. Седышев С.Ю. Оптимизация принятия решения по критерию минимума среднего риска // Прикладная радиоэлектроника. - 2005. -4. - Т. 4. - С. 395. Предлагаемая полезная модель относится к области радиотехники, в частности к радиолокации, и может быть использована в приемных устройствах радиолокационных обнаружителей с когерентной междупериодной обработкой сигнала и квадратичным детектированием. Известно устройство обнаружения сигнала 1, содержащее автоматическое пороговое решающее устройство с фиксированным порогом обнаружения. Недостатком известного устройства является рост вероятности ложных тревог на выходе автоматического обнаружителя с увеличением дисперсии шума. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой полезной модели является устройство адаптивного обнаружения сигнала 2, с. 6, состоящее из буфера памяти,содержащего (23) ячеек, сумматора, умножителя на коэффициент 1 / 2, умножителя на коэффициент Т, компаратора, в котором 2 ячеек буфера памяти соединены со входом сумматора, выход которого соединен со входом умножителя на коэффициент 1 / 2, выход умножителя на коэффициент 1 / 2 соединен со входом умножителя на коэффициент Т, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход компаратора подключен к (2)-й ячейке буфера памяти. Недостатком известного устройства являются потери в пороговом отношении сигнал/шум на фоне стационарного шума. Задачей полезной модели является уменьшение потерь в пороговом отношении сигнал/шум на фоне стационарного шума. Техническим результатом осуществления полезной модели является выигрыш в пороговом отношении сигнал/шум на 3-5 дБ для вероятностей ложной тревоги лт 10-3 - 10-6 на фоне стационарного шума. Поставленная задача решается тем, что в адаптивное устройство обнаружения сигнала, состоящее из буфера памяти, содержащего (23) ячеек, сумматора, умножителя на коэффициент 1 / 2, компаратора, включены первый и второй делители, устройство вычитания, первый и второй умножители, умножитель на коэффициент 0, устройство логарифмирования, в котором 2 ячеек буфера памяти соединены с входом сумматора, выход которого соединен с входом умножителем на коэффициент 1 / 2, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, первым входом устройства вычитания и первым входом второго делителя, второй вход первого умножителя, второй вход устройства вычитания и второй вход второго делителя соединены с (2)-й ячейкой буфера памяти,выход первого умножителя соединен с первым входом первого делителя, второй вход которого соединен с выходом устройства вычитания, выход второго делителя соединен со входом умножителя на коэффициент 0, выход умножителя на коэффициент 0 соединен со входом устройства логарифмирования, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя, первый вход которого соединен с выходом первого делителя, выход второго умножителя соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с (2)-й ячейкой буфера памяти. Структурная схема адаптивного устройства обнаружения сигнала представлена на фиг. 1. Обозначения на фиг. 1 следующие 1 - буфер памяти, состоящий из (23) ячеек, выполненный, например, на микросхеме Н 533 ИР 9 2 54432009.08.30 2 - сумматор, выполненный, например, на микросхеме КР 134 ИМ 3 - умножитель на коэффициент 1/2, выполненный, например, на микросхеме КР 531 ИК 2 4, 6 - первый и второй умножители, выполненные, например, на микросхеме КР 531 ИК 2 5, 10 - первый и второй делители, выполненные, например, на микросхеме К 155 ИЕ 4 7 - компаратор, выполненный, например, на микросхеме 521 САЗ 9 - устройство вычитания, выполненное, например, на микросхеме Н 533 ИМ 7 11 - умножитель на коэффициент 0, выполненный, например, на микросхеме КР 531 ИК 2 12 - устройство логарифмирования, выполненное, например, на микросхеме КР 531 ИК 2. На фиг. 2 и фиг. 3 представлены характеристики обнаружения устройства-прототипа и заявляемого устройства на фоне стационарного шума, полученные имитационным моделированием в среде символьных вычислений 2001, для вероятностей ложной тревоги лт 10-3 и лт 10-6 соответственно. Обозначения на фиг. 2, фиг. 3 следующие- вероятность правильного обнаружения- отношение сигнал/шум зу - вероятность правильного обнаружения заявляемого устройства пр - вероятность правильного обнаружения устройства прототипа. 0,5 - выигрыш в пороговом отношении сигнал/шум по уровню вероятности правильного обнаружения, равному 0,5. Принцип работы адаптивного устройства обнаружения сигнала заключается в сравнении сигнала в (2)-й ячейке буфера памяти с порогом обнаружения, вычисленным согласно критерия минимума среднего риска где 2 - сигнал в (2)-й ячейке буфера памяти- порог обнаружения, оптимальный по критерию минимума среднего риска, 1,0 - решения о наличии и отсутствии сигнала соответственно. Теоретическое обоснование алгоритма определения байесовского порога обнаруженияпроводится при условии знаний статистики сигналана входе адаптивного устройства обнаружения. Байесовский порог обнаружения получим из выражения для среднего риска 3(2)00( 0 )10( 0 )01(1 )11(1 ),где Р(А 0), (1) - априорные вероятности отсутствия и наличия цели- стоимость реше обнаружения 1(10 ) - условная вероятность ложной тревоги- условная вероятность пропуска цели- условная вероятность правильного необнаружения А(0,1) - гипотезы об отсутствии цели и ее наличии(0,1) - решения об отсутствии Условные вероятности ложной тревоги и правильного обнаружения являются функциями порога обнаружения 3 В выражении (5) п, сп - плотности распределения вероятностейна выходе устройства обработки при отсутствии и наличии полезного сигнала. Средний риск также зависит от порога обнаружения Порог обнаружения , который минимизирует выражение (6), будет оптимальным по критерию минимума среднего риска. Для нахождения оптимального порога обнаружения необходимо продифференцировать выражение (6) пои решить уравнение /0. Поскольку Таким образом, для нахождения оптимального порога необходимо решить уравнение относительно , где 0(1000)(0)/(0111)(1) - весовой множитель. При когерентной междупериодной обработке и квадратичном детектировании предпороговая статистика описывается экспоненциальной плотностью вероятности отсчетов сигнала( )(1 / )(/ ) ,где- среднее значение . Введем плотности распределения вероятностей где 0 - среднее значение мощности шума, а 1 , - среднее значение мощности сигнала и шума в проверяемом элементе разрешения РЛС. Подставим (10) в (8) и решим уравнение (11) относительно . Решение уравнения имеет вид Оценка средней мощности суммы сигнала и шума в (2)-й ячейке буфера памяти определяется самим сигналом, присутствующим в этой ячейке Оценка средней мощности шума 0 методом максимального правдоподобия для(2)-й ячейки, получаемая по классифицированной выборке из 2 ячеек памяти, при экспоненциальной статистике имеет вид 2, с. 22 1 2 54432009.08.30- сигнал в ячейках буфера памяти, предназначенных для оценки средней мощности шума. Для исключения влияния боковых лепестков сжатого сигнала, прошедшего внутрипериодную обработку, ячейки буфера памяти с номерами (1) и (3) для получения оценки средней мощности шума не используются. С учетом соотношений (13) и (14) выражение для порога обнаружения имеет вид 0 1 / 01 0 . Заявляемое устройство осуществляет сравнение порога обнаружения, описываемого соотношением (15) с сигналом в (2)-й ячейке буфера памяти, реализуя выражение (1). Устройство работает следующим образом. В ячейки буфера памяти 1 записывается сигнал с выхода квадратичного детектора устройства когерентной междупериодной обработки. Сигналы с 2 ячеек буфера памяти 1,предназначенные для оценки средней мощности шума, поступают на вход сумматора 2, на выходе которого получается сигнал, эквивалентный суммарной мощности сигналов,находящихся в этих ячейках. Сигнал с выхода сумматора 2 поступает на вход умножителя на коэффициент 1/2 3. На выходе умножителя на коэффициент 1/2 3 присутствует сигнал, равный средней мощности шума (14). Сигнал с выхода умножителя на коэффициент 1/2 3 одновременно поступает на первый вход первого умножителя 4, первый вход устройства вычитания 9 и на первый вход второго делителя 10, на второй вход первого умножителя 4, устройства вычитания 9 и второго делителя 10 поступает сигнал (13) с(2)-й ячейки буфера памяти 1. Сигнал с выхода первого умножителя 4, равный произведению 10 , поступает на первый вход первого делителя 5. Сигнал с выхода устрой ства вычитания 9, равный разности 10 , поступает на второй вход первого делителя 5.Сигнал с выхода второго делителя 10, равный отношению 1 / 0 , через умножитель на коэффициент 0 11 и устройство логарифмирования 12 поступает на второй вход второго умножителя 6. На первый вход второго умножителя 6 поступает сигнал с выхода первого делителя 5, равный отношению сигналов, полученных на выходах первого умножителя 4 и устройства вычитания 9. На выходе второго умножителя 6 действует сигнал, описываемый выражением (15), который подается в качестве порога обнаружения на первый вход компаратора 1, на второй вход компаратора поступает сигнал (13) с (2)-й ячейки буфера памяти 1. В случае превышения сигналом, поступающим на второй вход компаратора 7, порога обнаружения на выходе компаратора 7 будет сигнал логической единицы, что соответствует решению об обнаружении сигнала. В ином случае на выходе компаратора 7 будет сигнал логического нуля, что соответствует решению об отсутствии сигнала. Таким образом, устройство реализует сравнение сигнала в (2)-й ячейке буфера памяти 1 с порогом обнаружения согласно выражению (1). В качестве доказательства достижения желаемого технического результата на фиг. 2 приведены характеристики обнаружения устройства-прототипа и заявляемого устройства. Таким образом, введением в заявляемое устройство двух делителей, двух умножителей, устройства вычитания, умножителя на коэффициент 0, устройства логарифмирования удается уменьшить потери адаптивного устройства обнаружения в пороговом отношении сигнал/шум на 3-5 дБ для вероятности ложной тревоги лт 10-3-10-6 и тем самым расширить технические возможности устройства-прототипа. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.