Адаптирующийся ранговый обнаружитель

:сМосковское ордена Ленина, ордена Октябрьск 8 ДЯейЬййийи.Трудового Красного Знамени высшее техническое училищенм. Н. Э. Баумана(7) Заявител ПТИРУЮЩИЙСЯ РАНГОВЫЙ ОБНАРУЖИ никелокац жения ностью 5 ко ие сред- зменяюбретение относится к рможет использоватьсяонных устройствах длясигналов с изменяющ Щ на фоне помех с неизвестным зараспределения. ФИзвестен адаптирующийся ранговый обнаружитель, содержащий последователь но включенные согласованный фильтр и детектор, многоотводную линию задерлеки,Ф выходов которой соединены с бло, ком вычисления. ранга, (01+1)-й вход которого соединен с входом многоотводной линии задержки, и последовательно соединенные рециркуляционный накопительи блок принятия решения, аналогоцифровой преобразователь, включенный меж-ду детектором и линией задержки, блок измерения статистических характеристик, 20 первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и последним выходами многоотводной линии задержки, постоянное запоминающее устройство, первый вход которого соединенс выходом блока вычислений ранга, вто-рой вход - с первым, а третий - с вторым выходом блока измерении статистических характеристик, а выход постоянйого запоминающего устройства соединенс выходом рециркуляционного накопителя,при этом блок измерения статистическиххарактеристик содержит первый и второй квадраторы, последовательно включенные первый рециркуляционный накопитель и первый блок деления последовательно включенные второй рециркуляционный накопитель и третий квадратор, .выход которого соединен с вторым входом первого брока деления, а такжесчетчик 1 .Однако известный адаптирующийсяранговый обнаружитель имеет большоесреднее время обнаружения при изменяющейся мощности сигнала,Цель изобретения - уменьшеннего времени обнаружения при ищейся мощности сигнала,. Составитель В. Иванов ишкина Техред Т. Мат очка КорректсДемчик Реда 4/3 Тираж 708 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, РПодк ионовкомитета СССРи открытийушская набд. 4 лиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул, Проектная, 4Поставленная пель достигается тем, что в адаптирующемся ранговом обнару- жителе, содержащем последовательно включенные согласованный фидьтр, многоотводную линию задержки М выходов, которой соединены с блоком вычисления ранга(%+1)-й вход которого соединен с входом многоотводной линии задержки, и последовательно соединенные рециркуляционный накопитель и блок при- щ нятия решения, аналогоцифровой преобразователь, включенный между детектором и линией задержки, блок измерения статистических характеристик, первый и второй входы которого соединены со ответственно с первым и последним выходами многоотводной линии задержки, постоянное запоминающее устройство, первый вход которого соединен с выходом блока вычисления ранга, второй 20 вход - с первым,а третий - с вторым выходом блока измерения статистических характеристик, а выход постоянного эайоминаюшего устройства соединен с входом рециркуляционного накопителя, 25 при этом блок измерения статистических характеристик содержит первый и второй квадраторы, последовательно включенные первый рециркуляционный накопитель и первый блок деления, последова- зО тельно включенные второй рециркуляционный накопитель и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, а также счетчик, выход блока вычисления ранга соединен с третьим входом блока измерения статистических характеристик, выход блока принятия решения соединен с четвертым входом блока измерения статистическйх характеристик и входом обнуле ния рециркуляционного накопителя, а в блок измерения статистических характеристик введены первый и второй блоки вычитания и последовательно включенные вычислитель частной оценки сигнала, первый вход которого соединен с выходом первого блока деления, третий рециркуляционный накопитель ивторой блок деления, второй вход которого соединен с выходом счетчика, при этом о выходы первого и второго квадраторов соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания выход которого соединен с входом пер,.вого рециркуляционного накопителя, а ы выход второго блока вычитания соединен с входом второго рециркуляционного накопителя, причем первым, вторым, третьим и четвертым входами и первым ивторым выходами блока измерения статистических характеристик соответственноявляются соединенные между собой входпервого квадратора и первый вход второго блока вычитания, соединенные между собой вход второго квадратора и втсьрой вход. второго блока вычитания, второй вход вычислителя частной оценкисигнала, соединенные между собой входы обнуления счетчика и первого, второго и третьего рециркуляционных накопителей и выходы первого и второго блоков деления, блок принятия решения выполнен в виде первого компаратора и .последовательно включенных второгокомпаратора, элемента ИЛИ, счетчикарешений и третьего коммутатора, выходкоторого соединен с входом обнулениясчетчика решений, причем выход первогокомпаратора соединен с вторым входомэлемента ИЛИ, а входом и выходом блока принятия решения соответственно яеляются соединенные между собой. входыпервого и второго компараторов и выходтретьего компаратора, блок вычисленияранга выполнен в виде т компараторов,выходы которых соединены с соответствующими входами сумматора, причем т 1-мивходами (03+1)-ым входом и выходомблока вычисления ранга соответственноявляются первые входы компараторов,соединенные между собой вторые входыИкомпараторов и выход сумматора, рециркуляционный накопитель выполнен ввиде последовательно включенных сумматора и блока памяти, выход которогосоединен с первым входом сумматора,причем входом и выходом обнуления ивыходом рециркуляционного накопителясоответственно являются второй входсумматора, второй вход блока памяти ивыход сумматора,На фиг. 1 приведена структурнаяэлектрическая схема предложенного устройства; на фиг, 2 - то же, блок измерения статистических характеристик; нафиг. 3 - то же, блок принятия решения;на фиг. 4 - то же, блок вычисления ранга; на фиг. 5 - то же, рециркуляционныйнакопитель; на фиг. 6 - эпюры, поясняющие работу предложенного устройства.Адаптирующийся ранговый обнаружитель содержит согласованный фильтр 1, детектор 2, аналогоцифровой преобразователь3, многоотводную линию 4 задержки,блок 5 вычисления ранга, постоянное запоминающее устройство 6, рециркуляци5042 6ным накопителем 19, вторым блоком20 деления и счетчиком 21, по поступающим на его входы значениям рангаи отношения моментов, производит оцен ку значения сигнал/помехав каждомиз исследуемых каналов. Если сигнал висследуемом канале отсутствует, форм- руется псевдооцениа, которая стремитсяк нулю (6- О). В результате на первый, 1%" второй, и третий входы постоянного запоминающего устройства поступают соответственно значения ранга Р оценкиотношения моментов М 1 /М 2 й параметрРа иПо поступившим на вход постоянногозапоминающего устройства 6 значениямпараметровР М 1 /М 2 и 6, на егохвыходе формируется значение логарифмафункции правдоподобия, соответствующее 20 этой комбинации параметров. В постояй-.ном запоминающем устройстве 6 записа-:ны заранее рассчитанные значения Х дляпрактически возможных комбинапий входных параметров. Для расчета значений,используется следующая методика:1. По отношению моментов определяется параметр формы распределения Вейбулла д из соотношения 5 99 онный накопитель 7, блок 8 принятия решения и блок 9 измерения статисте ческих характеристик, который содержит первый квадратор 10, первый блок 11 вычитания, второй квадратор 12, первый рециркуляпнонный накопитель 13, второй блок 14 вычитания, второй рециркуляционный накопитель 15, третий квадратор 16, первый блок 17 деления, вычис- . литель 18 частной оценки сигнала, третий рециркуляционный накопитель 19, второй блок 20 деления и счетчик 21. Блок 8 принятия решения содержит первый, второй и третий компараторы 22- 24, элемент ИЛИ 25 и счетчик 26 решений, Блок 5 вычисления ранга содержит п компараторов 27 и сумматор 28. Рециркуляционные накопители 7, 13, 15 и 19 содержат сумматор 29 и блок 30 памят.и.Адаптирующийся ранговый обнаружитель работает следующим образом. 30 40 ГФф/А)1 А 2 Я ЛЬ 1 ичИЦ 5 фЩ 1.С +11 т ущ Входная смесь сигнала и помехи пос-. ,ле фильтрации в согласованном фильтре 1 детектируется в детекторе 2, преобразовывается в цифровую форму в аналогоцифровом преобразователе 3 и поступает на блок 5 вычисления ранга и многоотводную линию 4 задержки, выполненную, например, на многозарядном регистре сдвига, причем сдвиг информации осуществляется с периодом, равном одному элементу .разрешения во времени. Блок 5 вычисления ранга производит вычисление ранга отсчета испытуемого канала относительно отсчетов М соседних каналов, в которых при существенной асимметрии канала присутствует практически одна помеха РангЬ (й-гоЕ периода наблюдения, 2-го канала) поотупает на первыйвход постоянного запоминающего устройства 6, в котором записаны заранее вычисленные значения логарифма отношения правдоподобия ранга Л являющегося функцией значения рыга, отношения квадрата математического ожидания помехи М 1 к мошности помехи М 2 и параметра 0, представляющего опенку значения отношения сигнал/помеха по мощности. Отношение М 1 /М 2а измеряется для действующей помехи блоком 9 измерения статистических характеристик и поступает на второй вход постоянного запоминающего устройства 6 и на первый вход вычислителя 18 частной оценки сигнала (фиг. 2). Вычислитель 18 частной оценки сигнала в совокупности с третьим рециркуляцион. с учетом связи между моментами 9-гопорядка и параметрами распределенияВейбулла Ф,= СГ Ц+4), - гамма- функция.Связь между отношением моментов М 1 /М 2 и параметром д, устанавливаемая этим соотношением, носит однозначный монотонный характер,2. Для фиксированного значения второго начального момента (обычно для М 2-2) определяется параметр масштаба С распределения Вейбулла из соотно- шения 3. Производится расчет логарифмаотношения правдоподобия по следующимсоотношениям для всех значений ранга%а Оуд где Ю=1-Ехр(-СИ) -.распределение цо 7мехи, апроксимируемое распределениемВейбуллаА Щ+ГЕ) С- сц.ссор +)10-ГГ)) 995042соответствующая поступившим входнымзначениям, поступает в рециркуляционный накопитель 7, где суммируется с ранее записанной суммой этих величин за предыдущие (Ь) периодов наблюдений в данном канале. Далее эта сум распределение смеси сигнала с помехой;1 и - размер опорной помеховой выборки; 10У - переменная интегрирования.Хотя приведенные значения логарифмаотношения правдоподобности вычислялисьдля фиксированного значения М 2, ониимеют точно такое же значение и для 1 Бдругих значений второго начального момента, при фиксированных М 1 /М 2 и.,На величину логарифма отношения правдоподобия влияет не абсолютное знаМениеМ 2, а его соотношение с первым начальным моментом имощностью сигнала,Учитывая, что связь между логарифмами отношения правдоподобия Х и рангом1 и параметрами адаптации М 1 /М 2 иносит сложный трансцендентный характер, реализация устройства 6, вычисляющего , без использования постоянного запоминающего устройства нецелесообразна и практически невозможна, Вопросы оптимизации количественной орга- ЗОнизации матрицы отношения правдоподобия (количество уровней квантования ипрактический диапазон изменения параметров) детально исследованы, Рекомен 2дуется отношение моментов М 1 /М 2,диапазон изменения которого составляет.0-1,0, квантовать с шагом 0,1, а отношение сигнал/помеха 1 квантовать сшагом 0,25-0,5 в пределах ожидаемого диапазона значений (обычно 0,5-5).Потери при этом составляют около 10%.В качестве примера в табл, 1 приведены значения логарифма отношенияправдоподобия для различных комбинацийипри М 3. /М 2=0 785, что соответствует совпадению распределения Вейбулла с распределением Релея ( (3 =2).Табл. 1 представляет собой элементтрехадресного куба памяти; постоянногозапоминающего устройства 6, Поступаю-щие на его вход значения параметров фМ 1 /М 2 и ь, формально являются адресами, необходимыми для поиска ячейки,содержащей нужное значение Х,С выхода постоянного запоминающегоустройства 6 величинаи лд ма в блоке 8 принятия решения испытывается яа пороги АвЕП -Р иЗ=ЕИ для вынесения решения по последовательному правилу, где с и Ъ- вероятностиложной тревоги и пропуска сигнала соответственно.После принятия решения во всех каналах на выходе блока 8 принятия решения формируется импульс сброса, который поступает на вход обнуления рециркуляционногонакопителя 7 и четвертый вход блока 9 измерения статистических характеристик, устанавливая перечисленные блоки в исходное состояние.Этот же импульс поступает и во внешние синхронизирующие устройства. Выходом адаптирующегося рангового обнаружения является выход первого компаратора 22 блока 8 принятия решения.Оценка отношения сигнал помеха производится следующим образом (фиг. 2),По поступающим на первый и второйвходы вычислителя 18 частной оценки сигнала значениям отношения моментовМ 3. /М 2, и ранга Рп на выходе вычисЯ глителя 18 формируется соответствующая частная оценка параметраданного элемента разрешения, Вычислитель часъной оценки сигнала может быть реализован в виде постоянного запоминающего устройства, в котором записаны заранее .рассчитанные значения параметра ь для различных комбинаций входных параметров Р и М 1 /М 2.Для расчета .используется известнаясвязь М между параметрами р=Р(у,1 У) и отношением мощности сигнала к мощности помехи 6 через распределение помехи 5 и смеси сигнала с помехойр = Р( Х 1 У).=5(ц) д ц),В частном случае, при М 1 /М 2=0,785,Ячто соответствует совпадению распределения Вейбулла с распределением Релея,связь параметра Р с параметромопи-,сывается простым выражениеме=-а.еи Со.(,мц,Учитывая, что частная оценка параметраР Р = 1 ри, получим выражение длячастной оценки параметра1.-ГО-г в)3,-1,314 11 995 вход блока 30 памяти с выхода блока 8 принятия решения,Блок 8 принятия решения (фиг. 3) работает следующим образом.Поступающая на вход блока 8 цриняития решения статистика Л,.Е Асравнивается в первом компараторе 22 с порогом А, и во втором компараторе 23 - с порогом В, Если выполняется одно из 1 О соотношений Л,ЪА или Лив, то на выходах соответствующих компараторов 22 и 23 появляются логические единицы (второй компаратор 23 имеет инверсный выход), что означает принятие решения 1 соответственно об обнаружении или необнаружении цели. Сигналы, свидетельствующие о принятии решения, поступают через элемент ИЛИ 25 на счетчик 26 решений, где число их подсчитывается 2 О . и затем сравнивается в третьем компараторе 24 с числом анализируемых каналов. При достижении равенства на выходе третьего компаратора 24 возникает импульс, который поступает на вход 25 обнуления счетчика 26 решений, устанавливая его в исходное состояние, а также является сигналом сброса для других блоков адаптирующегося рангового обнаружителя, ЭОНа фиг. 6 приведены эпюры, характеризуюцие вид синхросигналов, осуществлявших синхронизацию работы отдельных блоков предлагаемого устройства (синхронизатор на фиг. 1 не показан).На эпюре А изображен вид импульсов период следования которых равен периоду повторения наблюдений. Эти импульсы поступают с синхронизатора на счетный вход счетчика 21 периодов повторения наблюдений (фиг. 2), а также на вход сброса счетчика 26 решений (фиг.3) осуществляя сброс счетчика 26 задним фронтом в конце каждого периода наблюдений,На эпюре В изображен вид синхроимпульсов, период следования которых равен длительности интервала разрешения. Приведенные импульсы используются для синхронизации аналогоцифрового преобразователя 3 и многоотводной линии 4 задержки. На эпюрах С изображена совокупность импульсов, характеризующих иэ. менение адреса (числа в двоичном коде) в соответстви с анализируемыми элементами разрешения. Код адреса поступает на адресные входы блока 30 памяти рециркуляционных накопителей 7, 13, 15 и 19 и осуществляет их синхронизациюСравнительный анализ показал, что среднее число наблюдений у предлагаемого обнаружителя при неизвестной или изменяющейся мощности обнаруживаемого сигнала оказывается на. десятки процентов меньшим, чем у известного обнаружителя,В табл. 3 приведены конкретные зна- . чения относительного выигрыша в среднем числе наблюдений. у предлагаемого обнаружителя и известного = ( И - И ) / /И (и - среднее число наблюдений извести иного обнаружителя; И предлагаемого; и 1, - соответственно расчетное и фактическое отношение сигнал/помеха).% 0 264 М 1 /М 2=0,385 7,6 10,9 5,4=10,9 Е =О 5 О Формула изобретения Адаптирующийся ранговый обнаружи тель, содержащий последовательно включенные согласованный фильтр и детектор, ЗОмногоотводную линию задержки, и выходов кморой соединены с блоком вычисления ранга, (Ф+1)-й вход которого соединен с входом многоотводной линиизадержки, и последовательно соединен 35ные рециркуляционный накопитель иблок принятия решения, аналогоцифровойпреобразователь, включенный между детектором и линией задержки, блок измерения статистических характеристик, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и последним выходами многоотводной линии задержки, постоянное запоминающее устройство, первый вход которого соеди 45нен с выходом блока вычисления ранга,второй вход - с первым, а третий - свторым выходом блока измерения статистических характеристик, а выход пос.тоянного запоминающего устройства сое 50 динен с входом рециркуляционного накопителя, при этом блок измерения статистических характеристик содержит первый и второй квадраторы, последоватещ но включенные первый рециркуляционныйнакопитель и первый блок деления, пооледовательно включенные второй рециркуляционный накопитель и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом первого блока деления, а такжесчетчик о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью уменьшения среднего времени обнаружения при изменяющейсямощности сигнала, выход блока вычисления ранга соединен.с третьим входомблока измерения статистических характе.ристик, выход блока принятия решениясоединен с четвертым входом блока измерения статистических характеристики входом обнуления рециркуляционногонакопителя, а в блок измерения статистических характеристик введены первыйи второй блоки вычитания и последомтельно включенные вычислитель частнойоценки сигнала, первый вход которогосоединен с выходом первого блока деления, третий рециркуляционный.накопительи второй блок деления, второй вход которого соединен с выходом счетчика,при этом выходы первого и второго квадраторов соединены соответственно с первым и вторым входами первого блокавычитания, выход которого соединен свходом первого рециркуляционного накопителя, а выход второго блока вычитания соединен с входом второго рециркуляционного накопителя, причем первым,вторым, третьим и четвертым входамии первым и вторым выходами блока иэмерения статистических характеристиксоответственно являются соединенныемежду собой вход первого квадратора ипервый вход второго блока вычитания,17 . 095042 18соединенные между собой вход второго ны с соответствующими входами суммаквадратора и второй вход второго блока тора, причем в-ми входами, (М+1)-ым вычитания, второй вход вычислителя входом и выходом блока вычисления .ранчастной оценки сигнала, соединенныега соответственно являются первые между собой входы обнуления счетчикавходы компараторов, соединенные между и первого, второго и третьего рецир- собой вторые входы уи компараторов и куляционных накопителей и выходы пер- выход сумм, рециркуляционный нввого и второго блоков деления, блок при- копитель выполнен в виде последовательнятия решения выполнен в виде первого но включенных сумматора и блока памякомпаратора и последовательно включен ти, .выход которого соединенс первым ных второго компаратора, элемента ИЛИ, входом сумматора, причем входом и высчетчика решений и третьего компара- ходом обнуления и выходом рециркулятора, выход которого соединен с входом ционного накопителя соответственно яввыход первого компаратора соединен с 15 вход блока памяти и выход сумматора. вторым входом элемента ИЛИ, а входоми выходом блока принятия решения соотг- . Источникиинформации,ветственно являются соединенные между принятые во внимание при экспертизе собой входы первого и второго юмпара- . 1. Авторское свидетельство СССР торов и выход третьего компаратора, 2 ф .по заявке М 2451631/09,блок вычисления ранга выполнен в виде кл. 6 015 7/30, 10.02.77 (прото- в компараторов, выходы которых соеаине- . тип).