Чан Хыу Нгхи1, А.С. Подстригаев2, Нгуен Чонг Нхан3, Д.А. Иконенко4

1–4 Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (Санкт-Петербург, Россия)

1 huunghiht@gmail.com, 2 ap0d@ya.ru, 3 10th20th30th@gmail.com, 4 dan-ikonenko@mail.ru

Постановка проблемы. В условиях сложной сигнальной обстановки распознавание сигналов является одним из ключевых этапов радиомониторинга. При проведении радиомониторинга априорная информация о параметрах принимаемого сигнала, как правило, отсутствует. Для обработки ЛЧМ-сигналов с линейно-убывающим и линейно-возрастающим законами изменения частоты, немодулированных радиоимпульсов, сигналов с двоичной и квадратурной фазовой манипуляцией ранее авторами был предложен алгоритм распознавания сигналов с детектированием на двух промежуточных частотах, основанный на
использовании быстрого преобразования Фурье (БПФ) и относительно простых преобразований сигнала, что позволяет реализовать его на коммерчески доступных ПЛИС и обрабатывать принятые сигналы в режиме времени, близком к реальному. Однако вероятности перепутывания указанных сигналов в зависимости от отношения сигнал/шум (ОСШ) остаются неисследованными. Это не позволяет в полной мере оценить достоверность распознавания сигналов.

Цель. Исследовать вероятности правильного и ошибочного распознавания сигнала для алгоритма распознавания сигналов с детектированием на двух промежуточных частотах в зависимости от ОСШ.

Результаты. Проведено исследование вероятностей правильного и ошибочного распознавания сигналов для разработанного авторами алгоритма в среде MATLAB. Показано, что вероятность правильного распознавания для всех типов сигналов достигает не менее 90% при ОСШ, равном –2 дБ. Отмечено, что при ОСШ более 0 дБ вероятность ошибочного распознавания не превышает 1%, а вероятность правильного распознавания составляет не менее 98%, поэтому для практики рекомендуется обеспечение на входе алгоритма ОСШ не менее –2…0 дБ. Проведено сравнение нового алгоритма с существующими алгоритмами распознавания сигналов разного типа с использованием БПФ. Выявлено, что по сравнению с одними алгоритмами данный алгоритм позволяет распознавать большее число типов сигналов, а по сравнению с другими – требует меньшего входного ОСШ.

Практическая значимость. Полученные результаты дают основание рекомендовать алгоритм распознавания сигналов с детектированием на двух промежуточных частотах к использованию в средствах радиомониторинга.

Чан Хыу Нгхи, Подстригаев А.С., Нгуен Чонг Нхан, Иконенко Д.А. Оценка достоверности распознавания сигналов для алгоритма распознавания с детектированием на двух промежуточных частотах // Успехи современной радиоэлектроники. 2023. T. 77. № 10. С. 70–79. DOI: https://doi.org/10.18127/ j20700784-202310-07

1. Rembovsky A., Ashikhmin A., Kozmin V., Smolskiy S. Radio monitoring: Problems, Methods and Equipment. Lecture notes in electrical engineering. Springer. 2009. DOI: https://doi.org/10.1007/978-0-387-98100-0.
2. Zhao Y., Luo X., Lin X., Wang H., Kui X., Zhou F., Wang J., Chen Y., Chen W. Visual analytics for electromagnetic situation awareness in radio monitoring and management // IEEE transactions on visualization and computer graphics. 2019. V. 26 (1). P. 590–600. DOI: 10.1109/TVCG.2019.2934655.
3. Дворников С.В., Дворников С.С., Пшеничников А.В. Аппарат анализа частотного ресурса для режима псевдослучайной перестройки рабочей частоты // Информационно-управляющие системы. 2019. № 4 (101). С. 62–68. DOI: 10.31799/1684-8853-2019-4-62-68.
4. Смирнов А.А., Кудрявцев А.М., Заика П.В. Модель информационного ресурса автоматизированного комплекса радиомониторинга // Электросвязь. 2020. № 10. С. 42–48. DOI: 10.34832/ELSV.2020.11.10.006.
5. Манелис В.Б., Козьмин В.А., Сладких В.А. Обнаружение и идентификация базовых станций сетей сотовой связи 5G // Системы управления, связи и безопасности. 2021. № 3. С. 152–178. DOI: 10.24412/2410-9916-2021-3-152-178.
6. Нхан Н.Ч., Подстригаев А.С., Леонов И.Е. Математическая модель алгоритма распознавания типа модуляции сигнала в автокорреляционном приемнике средств радиотехнического мониторинга // Труды МАИ. 2020. № 113. С. 11. DOI: 10.34759/trd-2020-113-09.
7. Рембовский А.М., Сергиенко А.Р. Носимые средства автоматизированного радиомониторинга // Время. 2004. Т. 5. № 6. С. 1x10-6.
8. Клыба Н.С., Левша А.В., Печурин В.В., Шашлов В.А. Измерение уровня помех на автоматизированных постах радиомониторинга // Наукоемкие технологии. 2012. Т. 13. № 8. С. 28–32.
9. Смоляков А.В., Подстригаев А.С. Экспериментальное исследование точности определения частотно-временных параметров импульса в цифровом приемнике с субдискретизацией при односигнальном воздействии // Труды МАИ. 2021. № 121. DOI: 10.34759/trd-2021-121-14.
10. Likhachev V.P., Podstrigaev A.S., Nhan N.T., Davydov V.V., Myazin N.S. Study of the accuracy of determining the location of radio emission sources with complex signals when using autocorrelation and matrix receivers in broadband tools for analyzing the electronic environment // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems. 2020. P. 326–333. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-65726-0_29.
11. Kuptsov V., Badenko V., Ivanov S., Fedotov A. Method for remote determination of object coordinates in space based on exact analytical solution of hyperbolic equations // Sensors. 2020. V. 20(19). P. 5472. DOI: https://doi.org/10.3390/s20195472.
12. Kuptsov V.D., Ivanov S.I., Fedotov A.A., Badenko V.L. High-precision analytical TDoA positioning algorithm for eliminating the ambiguity of coordinates determination // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 904(1). P. 012013. DOI: 10.1088/1757-899X/904/1/012013.
13. Дятлов А.П., Дятлов П.А. Радиомониторинг // Специальная техника. 2008. № 3–4. С. 4–8.
14. Podstrigaev A.S., Smolyakov A.V., Davydov V.V., Myazin N.S., Grebenikova N.M., Davydov R.V. New method for determining the probability of signals overlapping for the estimation of the stability of the radio monitoring systems in a complex signal environment // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems. 2019. P. 525–533. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-30859-9_45.
15. Лихачев В.П., Купряшкин И.Ф., Семенов В.В., Сотников И.М. Обоснование требований к вычислительному устройству цифрового автокорреляционного приемника сигналов РСА // Журнал радиоэлектроники. 2014. № 1. С. 9–9.
16. Дятлов А.П., Дятлов П.А., Кульбикаян Б.Х. Радиомониторинг сложных квазипериодических фазоманипулированных сигналов с неизвестной формой // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2006. № 2. С. 45–49.
17. Подстригаев А.С., Смоляков А.В., Лихачев В.П. Программно-определяемые средства широкополосного анализа сигналов на основе технологии субдискретизации. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2021.
18. Дворников С.В., Сауков А.М. Метод распознавания радиосигналов на основе вейвлет-пакетов // Научное приборостроение. 2004. Т. 14. № 1. С. 85–93.
19. Патент № 2789386 C1. Способ классификации сигналов / Чан Х.Н., Подстригаев А.С., Нгуен Ч.Н. Заявл. 19.07.2022. Опубл. 02.02.2023.
20. Чан Хыу Нгхи, Подстригаев А.С., Нгуен Чонг Нхан Алгоритм классификации сигналов с детектированием на двух промежуточных частотах для средств радиотехнического мониторинга // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. T. 76. № 7. С. 30–39. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202207-03.
21. Tran H.N., Podstrigaev А.S., Trong N.N. A Signal Classification Algorithm with Detection at Two Intermediate Frequencies for RF Spectrum Monitoring // 2022 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). 2022. P. 91–94. DOI: 10.1109/EExPolytech56308.2022.9950890.
22. Галанина Н.А., Иванова Н.Н. Вычислительные аспекты быстрого преобразования Фурье и вопросы его реализации на ПЛИС // Вестник Чувашского университета. 2018. № 3. С. 172–181.
23. Saeed A., Elbably M., Abdelfadeel G., Eladawy M.I. Efficient FPGA implementation of FFT/IFFT processor // International Journal of circuits, systems and signal processing. 2009. V. 3(3). P. 103–110.
24. Tsui J.B.Y. Special design topics in digital wideband receivers. Artech House. 2010.
25. Kubankova A. Design and analysis of new digital modulation classification method // WSEAS Transactions on Communications. 2009. V. 8 (7). P. 628–637.
26. Yang J., Wang X., Wu H. Modified automatic modulation recognition algorithm // 2009 5th International conference on wireless communications, networking and mobile computing. 2009. P. 1–4. DOI: 10.1109/WICOM.2009.5302483.
27. Завадский А.Л., Казак П.А., Каданцев С.М. Идентификация вида модуляции фазоманипулированных сигналов на основе анализа структуры спектра четных степеней // Цифровая обработка сигналов. 2019. № 1. С. 20–25.
28. Kubankova A., Kubanek D. Digital modulation recognition based on feature, spectrum and phase analysis and its testing with disturbed signals // 34th International Conference on TSP. 2011. P. 448–451.
29. Лихачев В.П., Семенов В.В., Веселков А.А. Экспериментальная апробация алгоритма определения частотно-временных параметров ЛЧМ-сигналов // Телекоммуникации. 2016. № 5. С. 2–7.
30. Лихачев В.П., Купряшкин И.Ф., Семенов В.В., Сотников И.М. Обоснование требований к вычислительному устройству цифрового автокорреляционного приемника сигналов РСА // Журнал радиоэлектроники. 2014. № 1. С. 9.
31. Нхан Н.Ч., Подстригаев А.С. Экспериментальная проверка алгоритма распознавания типа сигнала в автокорреляционном приемнике // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2022. № 80. С. 46–52. DOI: 10.21667/1995-4565-2022-80-46-52.
32. Nhan N.T., Podstrigaev A.S., Nghi T.H. A Mathematical Model for Determining the Type of Signal Modulation in a Digital Receiver with Autocorrelation Processing // 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). 2021. P. 1650–1654. DOI: 10.1109/ElConRus51938.2021.9396097.
33. Патент № 2683791 C1. Способ определения видов радиолокационных сигналов в автокорреляционном приемнике / Лихачев В.П., Веселков А.А., Нгуен Ч.Н. Заявл. 09.04.2018. Опубл. 02.04.2019.
34. Нгуен Ч. Н., Подстригаев А.С. Распознавание сигналов в автокорреляционном приемнике радиотехнического мониторинга // Вестник связи. 2022. № 5. С. 36–40.
35. Лихачев В.П., Веселков А.А., Нгуен Ч.Н. Характеристики обнаружения линейно-частотномодулированных, фазо-кодо-манипулированных и простых радиоимпульсов в автокорреляционном приемнике // Радиотехника. 2018. № 8. С. 71–76. DOI: 10.18127/j00338486-201808-14.