Виділення радіосигналів на фоні шумів на основі ефекту стохастичного резонансу
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2021.86.39-44Ключові слова:
стохастичний резонанс, стохастичний резонатор, відношення сигнал/шум, узгоджений фільтр, дисперсія, білий гаусівський шумАнотація
У ряді застосувань радіотехніки і радіолокації необхідно вирішувати задачу виявлення сигналів в складних завадових обставинах.
Основною і найбільш складною проблемою приймання сигналів є проблема завадостійкості, тобто завдання розробки найкращих способів приймання радіосигналів за наявності завад. Це пояснюється підвищенням вимог до якості відтворення сигналів.
Наведено результати аналізу виділення радіосигналів за допомогою ефекту стохастичного резонансу. В якості об'єкту дослідження розглянуто лінійно-частотно-модульоване та фазо-кодо-маніпульоване коливання, які є сигнальною базою радіолокаційних і телекомунікаційних систем.
Джерела шуму можуть не просто заважати роботі нелінійних пристроїв, але і, навпаки, істотно збільшувати чутливість систем до слабких зовнішніх впливів. В цьому полягає явище стохастичного резонансу, де наявність шуму надає можливість підсилювати сигнали з амплітудою, яка є істотно меншою інтенсивності шуму. Саме тому, стохастичний резонанс є міждисциплінарним поняттям та виявляється в різних галузях науки від соціології до медицини і біології.
В роботі розраховано амплітудний спектр радіосигналу і процесу на виході стохастичного резонатора, показана можливість підсилення сигналу і зменшення шуму на виході стохастичного резонатора.
Визначена залежність відношення сигнал/шум на виході стохастичного резонатора для моделі сигналу у вигляді адитивної суміші радіосигналу і білого гаусівського шуму при різних значеннях дисперсії вхідного шуму. Показано, що при будь-якому значенні дисперсії вхідного шуму відношення сигнал/шум на виході стохастичного резонатора вище, ніж на виході узгодженого фільтру.
Показано, що ефект стохастичного резонансу забезпечує виділення радіосигналу на фоні білого гаусівського шуму.
Посилання
Перечень ссылок
Sklar B. Digital communications. Fundamentals and Applications. Second Edition / University of California, Los Angeles. 2001. 1104 p.
Ж. Макс. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах / Пер. с франц. — М.: Мир, 1983. — Т. 1.
Anishchenko V. S. Local and global approaches to the problem of Poincaré recurrences. Applications in nonlinear dynamoics / Anishchenko V.S., Boev Ya.I., Semenova N.I., Strelkova G.I. // Physics Reports. — 2015. — Volume 587. — P. 1-39. doi:10.1016/j.physrep.2015.05.004.
Barbini L. Weak signal detection based on two dimensional stochastic resonance / L. Barbini, M.O.T. Cole, A.J. Hillis, J.L. du Bois. // 2015 23rd European Signal Processing Conference (EUSIPCO). — 2015. — P. 2147–2151. DOI: 10.1109/EUSIPCO.2015.7362764.
Anishchenko V. S. Stochastic resonance: noise-enhanced order / Anishchenko V. S., Neiman A. B., Moss F., Schimansky-Geier L. // Physics-Uspekhi. — 1999. — 42(1)/ — P. 7-34. doi:10.1070/PU1999v042n01ABEH000444/meta.
Moses J. M., Ayyagari R. A Brief Survey of Stochastic Resonance and Its Application to Control // IFAC Proceedings Volumes. — 2014. — Vol. 47, Iss. 1. — P. 313-320. doi:10.3182/20140313-3-IN-3024.00223.
Chen H., Varshney P. K., Kay S. M., Michels J. H. Theory of the Stochastic Resonance Effect in Signal Detection: Part I—Fixed Detectors // IEEE Transactions on Signal Processing. — Vol. 55, No. 7. — P. 3172-3184. doi: 10.1109/TSP.2007.893757.
Батурин Н. Г., Гомозов В. И., Зюзин А. В. Измерение параметров линейно-модулированных сигналов и их нестабильносте / Ярославль: Изд-во «Норд». — 2004. — 176 с.
Гомозов А. В., Гомозов В. И., Ермаков Г. В., Титов С. В. Фокусировка электромагнитного излучения и ее применение в радиоэлектронных средствах СВЧ / Под ред. В. И. Гомозова, Харьков:КП «Городская типография». — 2011. — 330 с.
Волощук Ю. І. Сигнали та процеси у радіотехніці: Підручник для студентів вищих навчальних закладів / Харків: ''Компанія СМІТ''. — 2003. — 444 с.
Култышев Н. А. Оценка помехозащищенности радиолокационных систем обзора морской поверхности для разных типов антенн радиолокационных систем // Радиопромышленность. — 2018. — No 2. — С. 40–47. https://doi.org/10.21778/2413-9599-2018-2-40-47.
А. Ф. Романенко, Г. А. Сергеев. Вопросы прикладного анализа случайных процессов / М: «Сов. Радио». — 1968. — 255 с.
Антипенский Р. Разработка моделей сложных сигналов / Компоненты и технологии, №7. — 2007. — С. 157-160.
References
Sklar B. (2001). Digital communications. Fundamentals and Applications. Second Edition. University of California, Los Angeles, 1104 p.
Maks Zh. (1983). Metody i tekhnika obrabotki signalov pri fizicheskih izmereniyah: V 2-h tomah. [Max J. Methods and techniques of signal processing in physical measurements]. M.: Mir, Vol. 1. [In Russian, translation from french].
Anishchenko V. S., Boev Ya. I., Semenova N. I., Strelkova G. I. (2015). Local and global approaches to the problem of Poincaré recurrences. Applications in nonlinear dynamoics. Physics Reports, Vol. 587, pp. 1-39. doi:10.1016/j.physrep.2015.05.004.
Barbini L., Cole M. O. T., Hillis A. J., du Bois J. L. (2015). Weak signal detection based on two dimensional stochastic resonance. 2015 23rd European Signal Processing Conference (EUSIPCO), pp. 2147-2151, doi: 10.1109/EUSIPCO.2015.7362764.
Anishchenko V. S., Neiman A. B., Moss F., Schimansky-Geier L. (1999). Stochastic resonance: noise-enhanced order. Physics-Uspekhi, Vol. 42, No.1, pp. 7-34. DOI: 10.1070/PU1999v042n01ABEH000444.
Moses J. M., Ayyagari R. (2014). A Brief Survey of Stochastic Resonance and Its Application to Control. IFAC Proceedings Volumes, Vol. 47, Iss. 1, pp. 313-320. doi:10.3182/20140313-3-IN-3024.00223.
Chen H., Varshney P. K., Kay S. M., Michels J. H. (2007). Theory of the Stochastic Resonance Effect in Signal Detection: Part I—Fixed Detectors. IEEE Transactions on Signal Processing, Vol. 55, No. 7, pp. 3172-3184. DOI: 10.1109/TSP.2007.893757.
Baturin N. G., Gomozov V. I., Zyuzin A. V. (2004). Izmerenie parametrov linejno-modulirovannyh signalov i ih nestabil'noste. Yaroslavl': Izd-vo «Nord». 176 s. [In Russian].
Gomozov A. V., Gomozov V. I., Ermakov G. V., Titov S. V. (2011). Fokusirovka elektromagnitnogo izlucheniya i ee primenenie v radioelektronnyh sredstvah SVCH. Pod red. V. I. Gomozova. Har'kov: KP «Gorodskaya tipografiya», 330 s. [In Russian].
Voloshchuk Yu. I. (2003). Syhnaly ta protsesy u radiotekhnitsi: Pidruchnyk dlia studentiv vyshchykh navchalnykh zakladiv. Kharkiv: ''Kompaniia SMIT'', 444 s. [In Ukrainian].
Kultyshev N. A. (2018). ESTIMATION OF JAMMING PROTECTION OF RADAR LOCATION SYSTEMS OF SEA SURFACE REVIEW FOR DIFFERENT TYPES OF ANTENNAS RADAR. Radio industry (Russia), Vol. 28, Iss. 2, pp. 40-47. doi: 10.21778/2413-9599-2018-2-40-47. [In Russ.]
Romanenko A. F., Sergeev G. A. (1968). Voprosy prikladnogo analiza sluchajnyh processov. M: «Sov. Radio», 255 s. [In Russian].
Antipenskij R. (2007). Razrabotka modelej slozhnyh signalov. Komponenty i tekhnologii, No. 7, pp. 157-160. [In Russian].
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Volodimir I. Chumakov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
