Помехи радиоприему и методы борьбы с ними

14 Помехи радиоприему и методы борьбы с ними

14.1 Характеристики методов борьбы с помехами и основные методы борьбы

14.2 Способы борьбы с импульсными помехами

14.2.1 Прохождение импульсных помех через УПиОС

14.2.2 Методы борьбы с импульсными помехами

14.3 Способы борьбы с сосредоточенными помехами

14.3.1 совместное воздействие на УПиОС радиосигнала и сосредоточенной помехи

14.3.2 Методы борьбы с сосредоточенной по спектру помехой

14.3.3 Проблемы и методы расширения динамического диапазонаУПиОС

14.4 Способы борьбы с флкутуационными помехами

14.4.1 Характеристика внешней флуктуационной помехи и совместное воздействие сигнала и помехи на УПиОС

Флукт. Помеха – хаотическая последовательность кратковременных импульсов, следующих друг за другом так быстро, что отдельные возмущения от каждого из них в приемнике перекрываются, образуя непрерывный случайный процесс (космические или индустриальные шумы).

После прохождения ряда узкополосных устройств в приемнике флукт. Помеха представляет собой квазигармонический процесс (1), где Umп(t) – амплитуда случайного процесса (огибающая), а φ(t)  - фаза.

Uп(t) определяется нормальным законом распределения с одномерной плотностью вероятности (2), где U ²ш – среднее квадратичное мгновенное значение (3). Среднее мгновенное значение=0, т.е. шум не имеет пост. Составл.

Uш – ээффективное напряжение шума

Дисперсия (4). Плотность вероятности распределения фазы (5).

Огибающая такого процесса распределена по закону Релея (6), дисперсия огибающей (7).

При одновременном воздействии сигнала и такого шума результирующий процесс тоже будет иметь квазигармонический характер.

Если сигнал (8), помеха (1), то результат (9). Здесь Ump(t) - амплитуда результирующего сигнала, а θ(t) - фаза.

Максимум результирующей фазы будет совпадать с фазой сигнала а амплитуда Ump – подчиняется обобщенному закону Релея-Райса.

Известно, что при больших отношениях сигнал/шум (1) обобщенный закон приближается к нормальному.

При q>>1 (2). Критерий сильного q>3.

При слабом сигнале (3).

14.4.2 Общие понятия теории оптимальных методов приема

Критерием оценки (критерием оптимальности) называются количественные показатели для оценки качества воспроизведения сообщения.

Оптимальный приемник – приемник, который в соответствии с выбранным критерием оптимальности наилучшим образом воспроизводит сообщения. Его помехоустойчивость является потенциально возможной.

Оптимальный прием сообщений сводится к некоторым математическим операциям, которые необходимо выполнить над функциями, описывающими входные колебания.

Совокупность операций, производимых в оптимальном приемнике над смесью сигнала и помехи, а также их последовательность называется алгоритмом оптимальной обработки.

Сравнивая помехоустойчивость различных методов приема, можно определить какой метод лучше. Если мы определим алгоритм, то значит определим и структуру приемника.

Т.о. основная задача ТОМП состоит в формировании правила решения и в синтезе структуры решающего устройства.

В зависимости от того, что является полезным сообщением, в ТОМП рассматриваются следующие задачи:

-  обнаружение сигнала (требуется дать ответ имеется ли полезный сигнал в принимаемом колебании или оно является шумом). Пример – системы радиолокации;

-  оценка параметров сигнала (требуется с наибольшей точностью определить значения 1-го или нескольких параметров сигнала). Пример – телеметрические или навигационные системы;

-  различение сигналов. На входе приемника возможно наличие 1-го из нескольких сигналов и нужно указать какой именно присутствует;

-  воспроизведение формы сигнала, искаженной действием шума в её первоначальном виде, т.е. оценка (фильтрация) непрерывного сообщения (системы связи).

14.4.3 Вероятность ошибочного приема и критерии оптимальности

Рассмотрим на примере задачи различения 2-х сигналов. Пусть S1 и S2 – сигналы, с помощью которых передаются условно положительная и отрицательная посылки.

Тогда p(S1), p(S2) – вероятности появления каждого сигнала на входе приемника, т.е. вероятность их передачи – называется априорной вероятностью. Их сумма =1.

Для канала с аддитивной помехой результирующее колебание (1), где n(t) – помеха, а Si(t) – может принимать значения S1 или S2  с соответствующими вероятностями.

Задача приемного устройства заключается в том, чтобы получить как можно больше информации о том, какой именно сигнал содержится в принятом колебании. Для этого нужно найти условные вероятности  (2), сравнит их и принять решение в пользу того сигнала, вероятность которого больше.

Эти вероятности называются апостериорными. Они определяются по формуле Байеса (3). Исходя из условия мин. Ошибки правило принятия решения (4), где f – функция распределения вероятности на выходе приемника.

Этот критерий называется критерием идеального наблюдателя или критерием Котельникова.

Если перенести, то получится отношение правдоподобия для сигнала S1 относительно S2 (5). В некоторых случаях, если они не известны – их считают одинаковыми и получают критерий максимума правдоподобия (6). Его достоинство – не требуется знания априорных вероятностей.

Если априорные вероятности не равны, то критерий макм. Правдоподобия не будет обеспечивать мин вероятности ошибки. Если равны, то критерий макс правдоподобия и идеального наблюдателя совпадают.

При решении других задач, например при обнаружении сигнала, часто пользуются критерием Неймана-Пирса, который обеспечивает мин вероятности пропуска сигнала при условии, что вероятность ложного обнаружения не превысит заданного порога.

Все эти критерии называют Байесовывми.

14.5 Методы и устройства оптимального приема и обработки сигналов

В настоящее время используют следующие методы приема:

-  корреляционные, в т.ч. абсолютно корреляционные, автокорреляционные (относительно корреляционные) и квадратурные корреляционные;

-  с использованием согласованных фильтров, в т.ч. оптимальные и квазиоптимальные;

-  интегральные методы приема с до детекторным и после детекторным интегрированием.

14.5.1 Корреляционные методы приема

Для равновероятных сигналов, когда априорные вероятности равны, применяется следующее правило принятия решения (1), где х(t) – принимаемый сигнал, S1(t),  S2(t) – копии передаваемых сигналов, Т – длительность посылки сигнала, Е1 и Е2 – удельные энергии сигнала (2).

Тогда структура приемника, реализующего данный алгоритм, показана на рис.1.

Рис.1.

Здесь копии сигнала должны совпадать с передаваемым сигналом с точность до фазы. В этом случае перемножитель выполняет роль детектора, а интегратор – ФНЧ.

Пусть реально пришел сигнал S1. Тогда на выходах корреляторов сигналы будут (3). Схема сравнения осуществит вычитание и принимается решение в момент максимального сигнала, т.е. в момент окончания посылки. С равнение с порогом даст решение  - S1. Если энергии копий сигнала одинаковы, то порог равен 0.

 Как видно, величина порога не зависит от уровня принимаемых сигналов. Каждый из интеграторов представляет собой корреляционный интеграл, а приемник, выполняющий функцию взаимной корреляции, называется корреляционным.

Прием, когда в качестве детектора используется перемножитель с опорным напряжением, синхронным по f и фазе с принимаемым сигналом, называется когерентным.

Можно также назвать когерентным приемник с накопление, где роль накопителя играет интегратор.

Для АМ такой приемник называется синхронным.

Важным свойством корреляционного приемника является то, что нет необходимости в предварительной фильтрации, вся фильтрация осуществляется на НЧ. Хотя на практике она используется для минимизации искажений.