CC BY
19
Visnyk N'l'UU KP1 Seriia Radiolekhnika tiadioaparatobuduummia, "2020, Iss. 80, pp. 31—38
УДК 621.396.62
Методика автоматичного визначення параметр1в радюсигнал!в \з псевдовипадковим перестроюванням робочо*1 частоти
Нагорпюк О. А.
Житомирський шйськовий шститут ¡Moiii С. 11. Корольова E-mail: N ahorniuk(<H.ua
У статта запропоповапо методику автоматичного визпачешш тривалоста частоташх елемептав. часу початку першого i закшчешш осташ1ього стрибшв. шлькоста й помшал1в частот адресно! групп та ширили спектра радюсигпалу 1з псевдовипадковим иерестроювашшм робочо! частоти за умов па-явпоста довготривалих стороишх випромшювапь у частотному д!апазош роботи радюприймалыюго пристрою. Методика груптуеться па апал1з! частотно-часового розподшу. отримапого з використа-ппям вшошгого перетвореппя Уелча, та складаеться 1з трьох осповпих еташв: виявлешш CTOpoiuiix випромшювапь. визпачешш часових параметр!в. визпачешш частоташх параметр!в псевдовипадкового перестроюваш1я робочо! частоти. Виявлеппя довготривалих CTOpoiuiix випромшювапь реал!зуеться за часовим критер1ем з використаппям 1терагцйпого шдходу. На основ! визпачепих частоташх параметр!в випромшювапь формуються режекторш фкльтри. цептральш частоти яких дор1вшоють цептралышм частотам завад, а ширина смуги проиускашш кожного з них шириш спектра випромшюваппя. Визпачешш часових та частотпих параметр!в радюсигпалу здшсшоеться шляхом апал!зу частотпо-часового розподглешш сигналу з урахуваш1ям характеристик режекторпих ф!льтр1в. Для виключешш 1з обчислепь часташ сигналу, що м!стять гармошки, пов'язаш 3i змшою зпачень частоташх елемептав. часов! в!кпа частотно-часового розподглу обмежепо та сумщепо 1з центрами стрибшв. Запропоповапо шднд до формувашш отки робочих частот з використаппям статистичпого критерио та опорпих частот, розраховапих шляхом м!шм1зацГ! суми р1зпиць поточпих помшал1в частоташх елемептав та кроку отки частот. Для розрахупку часу закшчешш остаппього стрибка розроблепо алгоритм па основ! сум1спого апал!зу поточпих зпачепь цептралышх частот та eneprii частоташх елемептав. Наведено результати перев!рки працездатаюста та ефективпоста розроблепо! методики шляхом моделюваппя в програмпому середовшщ MATLAB у раз! в1дпошеппя сигпал/шум в!д -25 дБ.
Клюноог слова: методика, радюсигпал. псевдовипадкове перестротовашш робочо! частоти. параметр, частотпий елемепт. завада, автоматизагця. частотпо-часове розподглешш. перюдограма.
DOI: 10.20535/RADAP.2020.80.31-38
Вступ
У сучасних засобах цифрового радюзв'язку для шдвищення завадо- та розвщзахшценост викори-стовуеться режим розширення спектру методом псевдовипадкового перестроюваиня робочо! частоти (ППРЧ). Так. бшышеть сучасних цифрових радю-станцш. що вииускаються ввдомими виробииками. мають можливкть ирацювати в режим1 з ППРЧ [1 3]. Радюмошторинг сигнал1в таких радк>станщй ускладиеиий широким д1аиазоном перестроюваиня робочо! частоти. апрюрною параметричиою неви-значешетю та наявшетю в частотшй смуз1 роботи сигнал1в шших радюелектронних засоб1в (стороишх вииромпиовань) [1]. Обчислення параметр1в радю-сигнал1в о ППРЧ потребуй реал1зацп таких еташв [2]: визначення часових 1 частотних параметр1в
ППРЧ. формувашш йтки частот адресно! групп, встановлення закону перестроюваиня робочо! частоти. визначення виду та иараметр1в модуляцп сигналу.
Дана стаття ирисвячена розробленшо методики розрахупку параметр1в ППРЧ в умовах аирюрно! невизначеносп та за наявносп в анал1зовашй смуз1 частот стороишх вииромпиовань.
1 Анал1з останшх досладжень 1 публжацш
ГИдохй методи та алгоритми визначення параме-тр1в ППРЧ 1"рунтуються на анал1з1 однохпрних або двом1рних иеретворень [2 13]. Перша група метод1в використовус лише шформащю про сигнал, отрима-
ну в частотшй або часовШ облает: метод автокорс-лящйно! функцп, метод анатзу переходов сигналу через нуль, дискретно перетворення Фур'е (ДПФ), алгоритм Гсрцсля, парамстричш та нспарамстри-4iii методи спектрального ощшовання. Загалышм нодатком вказаних методов с обмежена кшьшеть парамстр1в ППРЧ, а також низька точшеть ïx ви-значення при наявних CTopoiniix випромниованнях. Друга група мстод1в базуеться на анал1з1 характеристик двом1рних исрстворснь, у яких метиться шформащя як про часовь так i про частотш параметри: перетворення Binrepa Вшла, всйвлст-псрстворсння, BÎKOinii перетворення на ociiobî ДПФ. перюдограм та aBToperpecifninx мстод1в спектрального ощшовання. Хоча таш методи мають бшыну розрахункову складшсть, вони забезпечують обчи-слення Bcix параметр1в ППРЧ. Загалышм недоль ком вщомих шдход1в с иизька точшеть визиачеиия параметр1в при наявних CTopoiniix випромниованнях, централыи частоти яких знаходяться в межах адресно! групп частот ППРЧ.
Тому метою дослщжснь с розроблення методики автоматичного розрахунку парамстр1в ППРЧ за умов anpiopuoï нсвизначсносп гцодо наявность кшькосп та парамстр1в CToponnix вииромниовань.
2 Постановка завдання дослщ-ження
Вхщними даними для методики с комилсксш ввдлши сигналыго! cyMiini, отримаш на виход1 широ-космугового радишриймалыгого пристрою (РПрП). Вважасться, гцо Bci значения частот адресно! групп ППРЧ знаходяться в межах смуги роботи РПрП.
Математичну модель сигналу з ППРЧ за наявних CTopoiiiiix випромпиовань можна записати у такому вигляд1 [3]:
Nhi
r(t) = £ sa(t)e(^fH*(t - kTH - ta) +
i=1
Nv
+ ^ s,(t)gu (t - Tv - tv)+ e (t), (1)
де sa(t) - сигнал, що передаеться в режим1 ППРЧ; fHi G [fHl f nh ]- частота г-го частотного елемен-та (стрибка ППРЧ); NH- кшьшеть частот адресно! групи; Nhi кшыйсть частотних елеменпв ППРЧ; Тн~ тривалшть частотного елемента ППРЧ; ta- час початку першого частотного елемента ППРЧ; уi - початкова фаза; s, (t ) - сиги ал v-ï завади; N, -кшыйсть завад у смуз1 приймання РПрП; Т, три-вал1сть сигналу v-ï завади; tu - час початку сигналу v-ï завади; gh(t),gv(t) 1мпульсш характеристики фшьтр1в; £(t) адитивний гауавський шум.
Шсля здШсноння оиерацп аналого-цифрового перетворення з частотою дискретизацп Fa отриму-
емо масив комплексных вшлтв сигналу г [г]. Вва-жаеться, що вид модуляцп сигналу sa(t) вщомий або обчислюються вадповадно до шдходов, описаних в [14. 15]. Необхшно визначити часов1 та частотш параметри ППРЧ: триватсть частотного елемента Тн, час початку першого ts стрибка, час закшче-ння останнього ie стрибка, HOMiнали $Hi, кшыйсть частот адресно! групи NH, ширина спектра Вн. Як показники сфективносп розроблено! методики ви-користано вшносну похибку визначення номшатв частот SfH, а також ймсшрноси правильного визначення тривалоста стрибшв Ртн та кшькоста частот адресно! групи Р^Н-
3 Виклад основного матер1алу
Методика автоматичного визначення иарамстр1в ППРЧ на фош CTopoiniix випромниовань ipyirry-сться на анал1з1 частотно-часового перетворення (ЧЧП) сигналу, двохйрний масив ввдпшв якого Mi-стить шформащю про розподшення enepril сигналу як за частотою, так i за часом, та складасться i3 таких оташв:
- виявлення та визначення параметр1в сторон-iiix BiinpoMiinoBaiib, яш знаходяться в смуз1 частот адресно! групи ППРЧ;
- розрахунок тривалоста частотних ел сменив;
- обчислсння часу початку першого стрибка ППРЧ;
- визначення централышх (носучих) частот по-точних стрибшв та уточнения иарамстр1в сто-poiniix BiinpoMiinoBaiib;
- формування ciTKii частот ППРЧ, визначення кшькоста та номпкипв частот адресно! групи;
- розрахунок ширини смути частот ППРЧ;
- обчислсння часу закшчоння останнього стрибка ППРЧ та тривалоста породачь
Анатз вшомих ЧЧП, проведений у [3], показав, що найбшын доцшыго для визначення параметр1в ППРТ1 внкорнстовуватн в1конну моднф1ковану пс-рюдограму Уелча, яка Грунтусться на алгоритмах швидкого перетворення Фур'с [12, 13]. Вона мае низьку дисперсно спсктралышх оцшок та забезпе-чус точшеть розрахунку парамстр1в, що вщповщае ветановленим внмогам [3].
Т1ТШ адитивно! cyMimi рад1оеигналу сигналу з ППРЧ та п'яти CTopoiniix випром1шовань, розра-ховане з використанням в1конного перетворення на ocuoBi модиф1ковано! порюдограми Уелча, наведено на рис. 1(a), а амшптудно-частотний спектр (АЧС) одного часового фрагмента на рис. 1(b).
3 рис. 1 видно, що в сигналыий cyMimi ирисутнш сигнал з ППРЧ, у д1апазош частот адресно! групи якого знаходяться п'ять CTopoiniix випромниовань
Мотолика автоматичного ви:шачо1шя иарамотр!в ралюсигналш ¡з исовловииалковим иоростроювашшм робочо! частоти 33
■Ш
/, МГц
I, МГц
(а)
(Ь)
Рис. 1. Частотно-часове перстворення сигналу (а) та амшптудно-частотний спектр (АЧС) одного часового
фрагмента (Ь)
(завад). Оскшьки иотужшсть вииромпиовань мо-же иеревищувати потужшсть корисного сигналу з ППРЧ в десятки раз1в, то для правильно! щенти-фжащ! частотних елементав таш завади необхщно виявити та зменшити !х вплив на иодалыш обчи-слення.
Тому на псршому отат зиаходять стороны ви-промпповаппя. амшптуда спектралышх гармошк в АЧС яких иеревищус амшптуду спектралышх гар-мошк ППРЧ сигналу. Як показник для вдентифь кацп завад використовують мпималышй час знахо-дження завади на однш частот! Якгцо значения бшьше встановленого порога то ириймае-ться ршення про наявшсть на дашй частот! завади та визначаеться 11 центральна частота ширина спектра В„, час точатку 1 час закшчення Ввдповщно до отримаиих зиачень формуеться ре-жекториий фшьтр, частотш характеристики якого ввдповвдають параметрам стороинього вииромпио-вання (центральна частота - /ер = ширина смуги пропускания - Вир = Ви). Якгцо амшп-туда декшькох завад близька за величиною, то формусться двохйрний масив зиачень частот уйх спектралышх шшв, амшптуда яких перевищус вста-иовлеиий пороговий р1вень, а подалына вдентифь кащя завад зд1йсшоб:ться шляхом анал1зу даного масиву. Як результат отримуемо масив режектор-них фщьтр1в Кр Ц ], де ] = 1... Кожен елемеит масиву Кр []\ е структурою, яка мштить чотири иараметри |/др,Вяр,Порядок вибору па-раметр1в для двом1рних перетвореиь при виявленш стороншх вииромпиовань подано в [3].
Розрахуиок трпвалост! частотних оломоиив зд1йснюсться на основ1 анал1зу псяйднси ввд частоти гармошк з максимальною амшптудою ЧЧП з вра-хуванням часового положения та частотних иараме-тр1в режекторних фщьтр1в Кр [] ]. Для зменшення обчислювально! складноста розрахуиок може зд1й-сшоватися для часового вщлзку, який вщповщае очшуванш тривалосп 30 частотних слеменпв.
Для кожного АЧС визначаеться частота гармошки з максимальною амшптудою [г]:
/т[г] = агд тах(РШНр [%,к])
(2)
де Ршнр [>', к], г = 1... М^ к = 1... Мш - АЧС, розрахований методом перюдограми Уелча та ввд-фшьтрований вщповвдно до параметр1в Кр[]]■, Мг-кщьшсть перюдограм; розм1ршсть перюдогра-ми.
Розраховусться похвдна ввд частоти ]:
<¥ш[г] = \ /т[г +1] - !ш[г] | .
(3)
У масив1 [г] здшснюеться пошук шкових зиачень, яш ввдповвдають часовим положениям стриб-кш ППРЧ:
г т[п}= Реак (¿¡т[г]).
(4)
де Реак(.) - функцш пошуку шшв похвдно! с$т, що перевищують порш
Розраховуються значения поточно! тривалосп
частотиих елемеитш:
ТНг[п] = -=г (гт[п + 1] - 1т[п}) ,
Гц
(5)
де - крок розрахунку перюдограми [ ].
Для пвдвигцення точност1 розрахунку Тн 1з масиву Тнг[п\ видаляються аномальш значения, як1 виникають за рахунок хибно! адонтифшащ! гармошк АЧС вщповвдно до алгоритму запропонованого в [3].
Значения тривалоста частотного елемента Тн розраховусться як середнс арифметичне значения масиву Тнг[п]:
Тн = Е (Тш[п]),
(6)
Е()
арифметичного значения.
Час початку сигналу з ППРЧЬ8 обчислюеться як часове положения першого стрибка ППРТ1 з трива-лштю Тн-
Впзпачсппя посучих частот поточппх стрпбюв реал1зуеться на часових дшянках, що вщповщають централышм положениям частотннх елементав (як показано на рис. 2).
Рис. 2. Часове положения вщмзшв сигналу для розрахунку частотних иараметр1в
На вказаних прелижках часу розраховуеться АЧС, зд1йсшоеться режекторна фшьтращя вшпо-вщно до масиву фщьтр1в КР[з], знаходяться гармошки з максимальною амшптудсно, приймаеться ршення про 1х ириналежшеть до частотних сле-монпв ППРЧ або стороншх вииромпповань та об-числюеться несуча частота елемента ППРЧ з ви-користанням методу, що вшиовщае виду модулящ!. застосованому в сигналь Якщо вид модулящ! невь домий, то замкть носучсм частоти розраховуеться центральна частота /0:
/о =
£N=1 & •Ршяр [к]
Y,Nk=lPwRF [к]
(7)
Обможоння часових дшянок при визначонш номшатв частотних оломонтав дозволяе виключити 1з розрахуншв вщмзки сигналу, на яких здШсшо-еться иерестроювання робочем частоти. та усуну-ти вплив стороншх гармошк, иов'язаних з1 змшою частоти генератора, на ироцес визначення парамо-тр1в ППРЧ. Для бшыноста радюстанщй час змь ни частотних оломонтав не иеревшцуе 10% вш 1х тривалосп [2]. тому часовий промЬкок визначення параметр1в повинен бути Тр < 0, 9Тн- Положения середини часового вццнзку £ рна якому розрахо-вуються параметри. визначаеться як:
Тн
ЪРг = Ъа + (гР - 1)Тн + ~н,
(8)
Р
3 рис. 2 видно, що крок розрахунку порюдогра-ми мае бути МР = ТнР3.
При обчислонш носучих частот поточних стриб-шв ППРЧ мпимальна довжина вшна перюдограми Nw визначаеться величиною необхщно! роздшьно! здатносп за частотою Д Р, а 11 верхне значения
Тр
де Mw — кшыйсть вшон, що використовуються для розрахунку перюдограми.
Процес розрахунку носучих частот с циюпчним, пщ час якого зчитуються даш на часових вщмзках,
р Тр
еться АЧС, здШсшоеться режекторна фшьтращя в частотшй облает вщиовщно до масиву иараметр1в фшьтр1в КР[3], формуеться масив сиектральних ш-шв, у якому за часовим критер1ем виявляються вузькосмугов1 завади. Якщо заваду виявлено, ви-значають 11 параметри. формуеться режекторний фшьтр, параметри якого заносять до масиву КР[3], а циюпчний процес повертаеться на крок назад. Якщо заваду не виявлено. здШсшоеться розрахунок носучсм частоти методом, що вщповщае виду модулящ!, застосованому в сигнал! Мр, або за вира-зом (7). Бшын детально методи визначення носучсм частоти сигнатв 1з цифровими видами модулящ! розглянуто в [14.15]. По завершению циклу отри-муемо масив поточних значень частот fHi [п\, роз-хйршеть якого вщповщае кшькосп стрибшв ППРЧ в анатзованому фрагмент! сигналу. Щмм того на даному оташ розраховуються опери! частотних еле-менпв Ен{ [п].
Формуваппя елтки частот ППРГ1 та впзпачсппя помша.тв частот адресно1 групп здШсшоеться шляхом оброблення данпх 1з масиву fHi [п]. Да-ний масив може мштити помилков1 значения частот, яш з'являються за рахуиок иизького вщношення сигнал/шум (ВСШ) або допущеиих помилок при щентифшащ! завад. Усунення таких хибних значень здШсшоеться в два етаии.
Па першому еташ в масив1 fнi [п] виявляються та усуваються частоти. яш не вщповщають вимогам статистичного криторпо:
Е(н[п]) - к^ТВ(/ш[п]) < /ш[п] <
< Е(/т[п]) + к3БТВ(/ш[п]), (10)
де БТВ() - оператор розрахунку середнього квадратичного вшхилення; 1 < к8 < 3 - коефщент, що визначае меж1 криторпо.
На другому еташ усуваються частоти. значения яких не вщповщае прогнозовашй с1тщ частот ППРТ1. розрахунок якся зд1йсшоеться на основ1 опорних частот. За опорш приймаються частоти. р1зниця м1ж якими е найближчою до значения кро-ку атки ППРЧ /ог- Так, для обчислення чотирьох
Оа
+ О А
+О а
(9)
/ 1А1_1А2 I _1_ п I ^А1 /Аэ \ ,
+0а{-Ю-)+
I 1л1 I П I УА2 - /Аз \
уют-) -^^у-ют3) )-
+
I /А2 /а4 |
V )
f А3 /а4
!ог
3 = 1, 2,..., N0,
(Н)
Мотолика автоматичного ви:шачо1шя uapaMoipiB ралюсигналш i:s исовловииалковим иоростроювашшм робочо! частоти 35
де Оа(Х) =\ X — Коипс1(Х) \; Коипс1() - округлення до найближчого цшого числа; 1, 2, РА3, 4 -
ться в розрахунку.
Юлькшть можливих комбшацш частот Мс вп-значаемо вщповвдно до теорГ! комбшаторпкп Мс = ^ята' де ^А ~ загальна кшыйсть частот, що впкорп-стовуються для розрахунку атки, а М0 - кшыйсть опорних частот [ ]. Так, у раз1 = 32 та = 4 кшыйсть можливих комбшацш для розрахунку похибки е буде дор1внюватп Мс = 35960.
Частоти ]-то набору fА1, Га2, !Аз, 4> який за~
опорш та на !х основ1 формуеться йтка прогнозо-ваних частот ППРЧ за иеращйними процедурами:
fa p [>' ] = fAi + ifor,
while ifar < max(fHi [n]) + far; fap [>'] = fAi - ifar,
while ifar < min(fHi [n]) - far; fa p [«] = sort(fap [«]),
| fHi [n] - fa p [г] |< Vg.
BH =| fH [Nh ] - fH [1] | +BC,
U
t Fn + i
де ЕтгП - порш за енерпею; цЕн - коефшдент, що визиачае порш Етп, часове положения п-го
стрибка (рис. 2).
Ввдповвдно до виразу (15) час закшчення ППРЧ визначаеться коли два шдряд частотш елементи мають енергпо в 10 20 раз1в меншу, шж середня енерия сигналу.
Пошук часу £ е за частотним критер1ем ре&тзу-еться шляхом иерев1рки вщповщносп р1знищ несу-чих частот сусвдшх стрибшв кроку атки ППРЧ fGr '■
I е = I Рп +--^,
Round (lfH [n]-fim[n + 1]^ G-
(16)
(12)
- fmi [n] - fm [n + 1]
> VGr,
де max( fHi [n]), min( fni [n]) - максимальне та Mi-шмальне значения масиву fHi[n\, sort() — функщя сортування масиву за зростанням його зиачень; far крок ciTKii частот ППРЧ.
Номшали частот адресно! групп розраховуемо шляхом пошуку р1зниць кожно! з частот fHi [n] та зиачень атки з масиву fa р [г], що не перевпщують встановленого порога цa:
де цGr = 0, 75FGr - nopir за частотою.
При задовшьнеш вимог одного i3 критерпв розраховуеться час закшчення останнього стрибка ППРЧ tP та тривалшть передач! Tfhss'-
T
fhss
t P t S .
(17)
(13)
Якгцо масив fнi [п] мштить декшька частот, що вщповшають одному значению 1з масиву йтки ППРЧ р [г], то вони усереднюються. Як результат отримуемо масив номшал1в частотних слеменпв ^ [к].
Кшыасть частот адресно1 груш Мн дор1внюе розм1рносп масиву fн[к].
Ширину смути частот ППРЧ Вн визначаемо за виразом:
(14)
де Вс - ширина спектра сигналу, яка визначаеться вщповщно до [14,15].
Час закшчення останнього стрибка ППРЧ обчпслюсться на основ1 анал1зу маспв1в несучпх частот та енергш поточнпх стрпбк1в fнi [п^а Енi [п] вщповщно до енергетичного та частотного крите-рИв.
Пошук часу t я за енергетичним критер1ем зд1й-сшосться вадповадно до виразу:
г f (Em[n] < Emin) П (Em[n + 1] < ЕтЫ); (15) Emin =E (Em[n]) r/Ен,
Таким чином, розроблена методика дозволяе в автоматичному режим1 визначити часов1 (трива-л1сть частотного елемента Тн, час початку ts, час закшчення t трпвадшть передач! Трнвв) та часто-тш (кшьшсть Мн та ном1налп частот адресно! групп fн[к], ширина смуги Вн) параметры ППРЧ за умов наявноста стороншх вииромпиовань.
Перев1рку працсздатноста та сфсктивноста роз-роблено! методики проведено шляхом II моделю-вання в програмному сорсдовипд МАТЬАВ в1дпо-в1дно до теорп статистичних випробуваиь. Вхщиий сигнал формувався з р1зновидами фазово! та частотно! машпулящ1, а його спектр розширювався методом ППРТ1. До сигналу додавалися бший га-уавський шум для забезпечення ВСШ вщ -25 дБ до 10 дБ та сторонш випромпновання (спгналп з частотною модулящяо, частотною та фазовою машпуля-щями, гармошчш коливання). Отриману сигналь-ну сум1ш використовували для досл1дження роз-робленоТ методики. Для кожного з1 значень ВСШ зд1йсшовалося 500 розрахуншв параметр1в ППРТ1, розультати якнх усередшовалнся.
Розультати дослщжень показали, що вадносна похибка внзначення номшал1в частотних елемен-т1в 6 ^ зал ежить вщ виду застосовано! модуляцИ та вщповщае результатам, отриманим у роботах [14,15]. Статистичш ймов1риост1 правильного внзначення тривалоста стрибк1в Ррн та кшькосп частот адресно! груии Р^н визначалися як в1дношення кшькост1 правильно обчнеленнх значень параметр1в Тн 1 до загальпо! кшькосп проведепих розра-хуншв, а !х залежиост1 вщ ВСШ наведено в табл. 1.
36
Nahorniuk О. Л.
Табл. 1 iMOBipiiicTb правильного визначоння тривалосп та кшькосп частотних олеменпв
ВСШ. дБ -25 -24 -23 -22 -21 -20 -19 -18
Ртн 0,03 0,23 0,63 0,96 0,99 1 1 1
Pnh 0,89 0,96 0,98 0,99 0,99 0,99 1 1
3 табл. 1 вишшвас, що розроблона методика забезпечуе ймов1ри1сть правильного визначоння иа-рамотр1в ППРЧ вщ 0.96 при ВСШ вщ -22 дБ для часових парамотр1в та -24 дБ для частотних пара-
MOTpiB.
Висновки
Розроблона методика забсзпечус автоматично визначоння часових та частотних параметр1в ППРЧ за умов наявносп CTopoiniix випромпиовань та ipyn-тусться на anamsi двохпрного розподшу eiieprii' си-гналыго1 cyMinii, отриманого з використанням Bi-К0НН01 модифжовансм перюдограми Уелча. Наукова новизна отриманих результате полягас в шдвищен-iii fiMOBipHOCTi правильного визначоння параметр1в ППРЧ за рахунок виявления CTopoiniix випромь шовань та i'x режекторно! фшьтращ!, обмеження тривалосп BiKOii перюдограми Уелча. прив'язки i'x за часом вщносно центр1в частотних елеменпв, а також застосування нового шдходу до формуван-ня ciTKii опорних частот. IvpiM того заиропоновано шдхщ до визначоння часу закшчення ППРЧ, застосування якого дозволить зменшити обчислювальну складшсть за рахунок виключення i3 обчислень вщ-лтв сигнально! cyMinii за межами сигналу з ППРЧ. Подалыш дослщжоння в даному напрямку доцшь-но сирямувати на визначоння параметр1в декшькох радюсигнал1в i3 ППРЧ, що передаваться в одному частотному д1апазош.
Перелж посилань
1. Radio monitoring: automated systems and their components / Л. M. Rembovsky. Л. V. Ashikhmin. V. Л. Kozmin. S. M. Smolskiy. M.: Springer international publishing AG. 2018. 4o7~p-
'2. Макаренко С. 11. Помехозащищенность систем связи с исевдослучаииой перестройкой рабочей частоты : Монография / С. 11. Макаренко. М. С. Иванов. С. Л. Попов. Санкт-Петербург : Свое изд-во. 2013. 166 с.
3. Нагоршок О. Л. Метод автоматичного визиачеиия часових uapaMe'ipiB радшсигиа.,\ив ¡3 исевдовииадковим иерестроюваииям робочо! частоти иа фои! вузько-cmvi'obux иерешкод / О. Л. Нагоршок // Проблеми створеиия. вииробуваиия. застосуваиия та ексилуата-ui'i складиих ¡иформац1йиих систем: зб. наук, ираць. Житомир: И<.В1. 2018. Вии. 15. с. 53 64.
4. Капаа Л. Л robust parameter estimation of FHSS signals using time-frequency analysis in a non-cooperative environment / Л. Капаа. Л. Zuri Sha:ameri // Physical Communication. 2018. № 26. pp. 9 20.
5. Chevva L. FH signal interception based on the time-frequency spectrogram by image enhancement techniques / L. Chevva. G. Sagar // International Journal of Engineering Research and Applications. 2012. Vol. 2. Issue 2. - pp. 687-692.
6. Draganic Л. FHSS signal characterization based on the crossterms free time-frequency distributions / Л. Draganic. 1. Orovic. S. Stankovic // 2nd Mediterranean Conference on Embedded Computing. Budva. 2013. pp. 443 447.
7. Li T. Parameter estimation of FH signals based on STFT and music algorithm / T. Li. Y. Tang. Y. Lv // Computer Application and System Modeling. 2010. pp. 84 96.
8. Overdyk H. F. Detection and estimation of frequency hopping signals using wavelet transforms. Thesis for the degree of master of science in electrical engineering. Monterey : Naval Postgraduate School. 1997. 114p.
9. Hosseini S. N. Joint detection and hop parameters estimation of slow FHSS/MFSK signals using DHWT-ЛС technique in Rayleigh block fading channels / S. Hosseini. H. Razavi // Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists. Hong Kong. 2009. pp. 55 59.
10. Jaiswal K. Spectral sensing for cognitive radio: detection and estimation of adaptive frequency hopping signal // NCC 2009. ИТ Guwahati. 2009. pp. 224 228.
11. Qin Y. Л new method of parameter estimation of frequency-hopping signal / Y. Qin. M. Lv // 2nd International Conference on Information. Electronics and Computer. 2014. pp. 138 141.
12. Lyons R. G. Understanding digital signal processing. 3d ed. / R. G. Lyons. Boston : Prentice Hall . 2011. 858 p.
13. Ifeachor E. Digital signal processing: a practical approach. 2d ed / E. Ifeachor. B. Jervis. New Jersey : Prentice Hall. 2001. 906 p.
14. Rancy F. Spectrum monitoring. Handbook / F. Rancy. Geneva : International Telecommunication Union. 2011. 678 p.
15. Нагоршок О. Л. Методика автоматизоваиого визиачеи-ия uapaMe'ipiB сигналу та розшзиаиия виду модулями засобами радюмошториигу в умовах aupiopiioi' иара-метричшн иевизиачеиост! / О. Л. Нагоршок. О. О. Писарчук. В. В. Павлюк // Сучасш шформащйш технологи у сфер! безиеки та оборони. Кшв : НУОУ. 2014. Buu. 1 (19). с. 63 69.
16. Rosen Kenneth Н.. Discrete Mathematics and Its Applications. 8th ed. / H. Rosen Kenneth. New York : McGraw-Hill. 2019. 1118 p.
Method of Automatic Parameters Estimation of Radio Signals with Frequency-Hopping Spread Spectrum
37
References
[1] Rembovsky A. M., Ashikhmin A. V., Kozmin V. A. and Smolskiy S. M. ("2018) Radio monitoring: automated systems and their components, Springer international publishing AG, part of Springer Nature "2018, 461 p. DOl: https://doi.org/10.1007/978-3-319-74277-9.
[2] Makarenko S. 1.. Ivanov M. S. and Popov S. A. (2013). Pomekhozashchishchennost' sistem svyazi s pseudosluchai-noi perestroikoi rabochei chastity [Interference immunity of communication systems with frequency-hopping spread spectrum]. 166 p.
[3] Nahorniuk O. A. (2018) Metod avtomatychnoho vyznachennia chasovykh parametriv radiosyhnaliv iz psevdovypadkovym perestroiuvanniam robochoi chastoty na foni vuzkosmuhovykh pereshkod [Method of automatic time parameters estimation of radio signals with frequency-hopping spread spectrum against the background of narrow-band interferences]. Problems of creation, testing, application and operation of complex information systems, No. 15. ZV1. Zhytomyr. pp. 53 64.
[4] Kanaa A. and Sha:ameri A.Z. (2018) A robust parameter estimation of FHSS signals using time frequency analysis in a non-cooperative environment. Physical Communication, Vol. 26. . pp. 9-20. DOl: 10.1016/j.phycom.2017.10.013.
[5] Chevva Lahari and Sagar G.V.R. (2012). FH Signal Interception Based on the Time-Frequency Spectrogram by Image Enhancement Techniques. International .Journal of Engineering Research and Applications, Vol. 2. Issue 2. pp. 687-692.
[6] Draganic A.. Orovic 1. and Stankovic S. (2013) FHSS signal characterization based on the crossterms free time-frequency distributions. 2013 2nd Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO), pp.443 447. DOl: 10.1109/meco.2013.6601343.
[7] Li Tong. Tang Yinhui and Lv .Jun (2010) Parameter estimation of FH signals based on STFT and music algorithm. 2010 International Conference on Computer Application and System Modeling (1CCASM 2010), pp. V5-232-V5-236. DOl: 10.1109/iccasm.2010.5619186.
[8] Overdyk H. F. (1997) Detection and estimation of frequency hopping signals using wavelet transforms. Thesis for the degree of master of science in electrical engineering. Naval Postgraduate School. Monterey. 114 p.
[9] Hosseini S. N. and Razavi H. (2009). Joint Detection and Hop Parameters Estimation of Slow FHSS/MFSK Signals Using DHWT-AC Technique in Rayleigh Block Fading Channels. Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists, Hong Kong. Vol. 1. pp.55 59.
[10] .laiswal Kapil (2009) Spectral Sensing for Cognitive Radio: Detection and Estimation of Adaptive Frequency Hopping Signal. NCC 2009, 11T Guwahati. pp. 224 228."
[11] Yongli Qin and Ming Lv (2014) A New Method of Parameter Estimation of Frequency-Hopping Signal. Proceedings of the 2nd International Conference on Information, Electronics and Computer, pp. 138 141. DOl: 10.2991/icieac-14.2014.31.
[12] Lyons R. G. (2011) Understanding digital signal processing, Prentice Hall. Boston. 858 p.
[13] Ifeachor E. and .lervis B. (2001) Digital signal processing: a practical approach, Prentice Hall. New Jersey. 906 p.
[14] Rancy F. (2011) Spectrum monitoring. Handbook. International Telecommunication Union. Geneva. 678 p.
[15] Nahorniuk O. A.. Pysarchuk О. O. and Pavliuk V. V. (2014) Metodyka avtomatyzovanoho vyznachennia parametriv syhnalu ta rozpiznannia vydu moduliatsii zasobamy radiomonitorynhu v umovakh apriornoi parametrychnoi nevyznachenosti [Method of the automated determination of signal parameters and modulation type recognition by radiomonitoring facilities under parametric uncertainty]. Modern information technologies in the sphere of security and defence, No 1 (19). pp. 63 69.
[16] Kenneth H. Rosen (2019) Discrete Mathematics and Its Applications, 8th ed.. McGraw-Hill. New York. 1118 p.
Методика автоматического определения параметров радиосигналов с псев-
«-> «-» О О о
дослучаинои перестройкой рабочей частоты
Нагорпюк А. А.
В статье предложена методика автоматического определения длительности частотных элементов, времени начала первого и окончания последнего прыжков, количества и номиналов частот адресной группы и ширины спектра радиосигнала с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты при наличии посторонних излучений большой длительности в частотном диапазоне работы радиоприемного устройства. Методика основана па анализе частотпо-времешюго распределения, полученного с использованием окопного преобразования Уэлча, и состоит из трех основных этапов: выявление посторонних излучений, определение временных параметров, определение частотных параметров псевдослучайного перестроения рабочей частоты. Выявление посторонних излучений реализуется по временному критерию с использованием итерационного подхода. На основе определенных частотных параметров излучений формируются режекторпые фильтры, центральные частоты которых равны центральным частотам помех, а ширила полосы пропускания каждого из пих ширине спектра излучения. Определение временных и частотных параметров радиосигнала осуществляется путем анализа частотпо-времешюго распределения сигнала с учетом характеристик режекторпых фильтров. Для исключения из вычислений частей сигнала, содержащих гармоники. связанные с изменением значений частотных элементов, временные окна частотпо-времешюго распределения ограничены и совмещены с центрами прыжков. Предложен подход к формированию сетки рабочих частот с использованием статистического критерия и опорных частот, рассчитанных путем минимизации суммы разниц текущих номиналов частотных элементов и шага сетки частот. Для расчета времени окончания последнего прыжка разработан алгоритм па основе совместного анализа текущих значений центральных частот и энергии частотных элементов. Приведены результаты проверки работоспособности и эффективности разработанной методики путем моделирования в программной среде MATLAB при отношении сигпал/шум от -25 дБ.
Ключевые слова: методика, радиосигнал, псевдослучайная перестройка рабочей частоты, параметр.
38
Nahorniuk О. A.
частотный элемент, помеха, автоматизация, частотно-временное распределение, периодограмма.
Method of Automatic Parameters Estimation of Radio Signals with Frequency-Hopping Spread Spectrum
Nahorniuk 0. A.
Method of automatically estimation of frequency elements duration, first hop beginning time, last hop ending time, the number and nominals of target group frequencies and the bandwidth of radio signal with frequency-hopping spread spectrum in the presence of durable extraneous emissions in the frequency range of receiver is proposed in the article. The method is based on the analysis of the time-frequency distribution obtained using the Welch window transformation and consists of three main stages: extraneous emissions detection, time parameters estimation and frequency parameters estimation of frequency-hopping spread spectrum. The detection of extraneous emissions is carried out according to the time criterion using an iterative approach. On the basis of estimated emissions frequency parameters band-rejection filters are formed, which central frequencies are equal to the central interferences frequencies
and stopband are equal to emissions spectrum width. The estimation of time and frequency parameters of the radio signal is carried out by analyzing the signal time-frequency distribution, taking into account the characteristics of the band-rejection filters. To exclude from the calculation of the parts of the signal containing harmonics associated with the change in the values of frequency elements, the time windows of the time-frequency distribution are limited and aligned with the centers of hops. An approach to the formation of operating frequencies grid using the statistical criterion and base frequencies, calculated by minimizing the sum of the differences between the current nominal frequency elements and the frequency grid step is proposed. An algorithm for calculation the last hop ending time based on a joint analysis of the current values of the central frequencies and the energies of the frequency elements is developed. The results of testing the operability and efficiency of the developed method by modeling in the MATLAB software environment with a signal-to-noise ratio of -25 dB are given.
Key words: method, radio signal, frequency-hopping spread spectrum, parameter, frequency element, interference, automation, time-frequency distribution, periodogram.
