14.4. Квазиоптимальный многоканальный обнаружитель ШПС

В работе [88] приведена схема многоканального обнаружителя ШПС, занимающего промежуточное положение между энергетическим обнаружителем (рис. 14.1) и оптимальным обнаружителем (рис. 14.3). Обнаружитель, приведенный в [88], назовем квазиоптимальным, так как хотя он и не содержит информацию о форме ШПС, но учитывает распределение энергии ШПС на частотно-временной плоскости.

На рис. 14.4 представлено распределение энергии для наиболее характерных случаев обнаружения ШПС. На рис. 14.4,а представлено распределение энер: фазоманипулированного (ФМ) сигнала. Он полностью занимает весь интервал Т и полосу частот Соответственно его база равна максимально возможному значению. На рис. представлено распределение последовательности ФМ сигналов, причем моменты их появления случайны. База ФМ сигналов в этом случае причем поскольку то и Пусть число ФМ сигналов за время Т равно тогда этому Сигналу подобного вида соответствует время — импульсная модуляция в которой в качестве модулируемого импульса используется ФМ сигнал. Поэтому ШПС, представленный на рис. можно назвать ВИМ-ФМ.

Рис. 14.4. Распределение энергии ШПС на частотно-временной плоскости

На рис. 14.4, в представлен дискретный составной частотный (ДСЧ) сигнал базой элемента Число частотных полос На рис. 14.4г представлен ДСЧ сигнал со случайной модуляцией по времени и по частоте. База элемента Сигнал подобного вида представляет собой комбинацию

ВИМ с частотно-импульсной модуляцией т. е. такой ШПС можно назвать ВИМ-ЧИМ-ФМ.

На рис. 14.5 приведена схема квазиоптимального обнаружителя ШПС [88], который состоит из М каналов. Число каналов определяется структурой ШПС. Каждый канал состоит из полосового фильтра (ПФ) с полосой пропускания детектора огибающей (Д) и порогового устройства . С выходов ПУ напряжение в виде 1 или 0 поступает в сумматор а затей на цифровой детектор со «скользящим окном» (ЦДСО). За ЦДСО следует ПУ, на выходе которого образуется решение.

Рис. 14.5. Структурная схема квазиоптимального обнаружителя ШПС

Приемник, изображенный на рис. 14.5, может работать в двух режимах. Во-первых, в режиме регистрации превышения порога в любом из М каналов (импульсный режим). При этом ШПС считается обнаруженным, если на выходе сумматора имеется хотя бы один импульс, а ЦДСО просто фиксирует превышение порога. Во-вторых, может использоваться ЦДСО по следующему принципу: в ЦДСО производится подсчет числа импульсов за время некоторого интервала; если это число па данном интервале (длительности «окна») равно а на предыдущем интервале то происходит превышение порога в ПУ, и выдается решение есть». Поэтому ЦДСО должен подсчитать число импульсов на определенном интервале на выходе сумматора и сравнить его с числом на предыдущем интервале. Поэтому ЦДСО содержит счетчик, цифровую линию задержки, компаратор. Назовем такой режим накопительным, так как ЦДСО по сути дела осуществляет накопление импульсов за интервал «окна».

Опуская математические выкладки, приведем основные результаты работы [88]. На рис. 14.6 приведены зависимости требуемого отношения сигнал-помеха от базы элемента для ДСЧ-ФМ сигнала (ряс. 14.4,в) [88]. Энергия Е равна сумме энергий всех ШПС, число которых т. е. Вероятность правильного обнаружения : частота ложных тревог Сплошная линия с соответствует импульсному режиму обнаружения, сплошная линия с оптимальным значением накопительному режиму. Штриховая линия соответствует энергетическому обнаружению. Из рис. 14.6 следует, что с ростом базы элемента Во требуемое значение отношения сигнал-шум растет, так как при постоянной длительности элемента с ростом растет а это приводит к необходимости увеличения времени обнаружения (или энергии сигнала) в соответствии с (14.11). Кроме того, использование накопительного режима с ЦДСО (кривая с дает выигрыш в Следует отметить также, что с ростом базы элемента простой энергетический обнаружитель может быть более эффективным (штриховая прямая), чем квазиоптимальный обнаружитель (схема на рис. 14.5).

На рис. 14.7 [88] приведены зависимости требуемого отношения сигнал-шум при обнаружении ШПС вида ВИМ-ФМ (рис. 14.4,б) в зависимости от интервала Т. Сплошные линии с соответствуют импульсному режиму квазиоптимального обнаружителя, сплошные линии с накопительному режиму

квазиоптимального обнаружителя, а штриховые линии—энергетическому обнаружению. Ширина спектра вероятность правильного обнаружения частота ложных тревог Число импульсов

Рис. 14.6. Характеристики обнаружения ДСЧ-ФМ сигналов импульсов

Рис. 14.7. Характеристики обнаружения ВИМ-ФМ сигнала

Из рисунка следует, что при энергетическом обнаружении и при накопительном режиме квазиоптимального обнаружения требуемое отношение сигнал-шум растет с ростом Т. Это объясняется тем, что графики рис. 14.7 построены при Поэтому увеличение Т приводит к относительному уменьшению , что и вызывает необходимость увеличения отношения сигнал-шум. Постоянство характеристик при импульсном режиме объясняется, по-видимому, независимостью принятия решения в пороговом устройстве ПУ (при ВИМ-ФМ сигнале от длительности элемента так как в канале нет последетекторного накопления.

На рис. 14.8 [88] приведены зависимости выигрыша в использовании накопительного режима с ЦДСО в квазиоптимальном обнаружителе при обнаружении ДСЧ-ФМ сигнала для различного числа фильтров и баз элемента Выигрыш построен как функция числа элементов на интервале обнаружения Т. Чем больше число импульсов, тем больше выигрыш, но он уменьшается с увеличением числа фильтров.

На рис. 14.9 [88] приведены рекомендации по выбору режима обнаружения. На рис. 14.9 приведены три кривые при следующих общих данных: вероятности правильного обнаружения частоте ложных тревог Кривая с соответствует следующим ШПС видов: ДЧ, ВИМ, ВИМ-ЧИМ. Кривые с 10 и 102 соответствуют следующим ШПС: ДСЧ-ФМ, ВИМ-ФМ, ВИМ-ЧИМ-ФМ. По оси абсцисс отложено число импульсов по оси ординат база В. Правый нижний заштрихованный угол соответствует нереальным так как должно выполняться условие Если для данной

ШСС точка с координатами попадает выше кривых, то для обнаружения ШСС целесообразно использовать квазиоптимальный обнаружитель (схема приведена на рис. 14.5). Если же точка лежит ниже кривых, то для обнаружения ШСС целесообразнее использовать энергетический приемник (схема приведена на рис. 14.1).

Рис. 14.8. Зависимости от выигрыша при обнаружении ШПС

Рис. 14.9. Области применения квазиоптимального и энергетического обнаружителя