Повышение точности оценки частоты неэквидистантных импульсных радиосигналов
- 1,2 Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина (г. Рязань, Россия)
Аннотация
Постановка проблемы. Одним из методов оценки частоты радиоимпульсов является многоканальная частотная фильтрация, основанная на быстром преобразовании Фурье. Для такого метода характерна погрешность оценки частоты, связанная с дискретностью частотных отсчетов. Дополнительная погрешность при оценке частоты сигнала возникает в радиотехнических приложениях с неэквидистантными периодами следования радиоимпульсов (вобуляцией). Применение в этом случае классического быстрого преобразования Фурье приводит к дополнительному снижению точности оценки частоты по сравнению с оценкой частоты эквидистантной последовательности импульсов, в том числе ввиду снижения отношения сигнал-шум по сравнению с согласованной обработкой. Поэтому актуальным является разработка алгоритма оценки частоты, учитывающего характер модуляции неэквидистантных радиоимпульсов.
Цель. Повышение точности оценки частоты в многоканальной частотной фильтрации радиоимпульсов с неэквидистантным периодом следования.
Результаты. На основе модифицированного алгоритма быстрого преобразования Фурье вычислены поправки оценки частоты на выходе блока быстрого преобразования Фурье, учитывающие параметры вобуляции периода повторения радиоимпульсов. В качестве примера приведены результаты оценки частоты при отношении сигнал-шум 30 дБ и степени вобуляции периода следования радиоимпульсов 0,2. Вычислены поправки к оценке частоты, полученные методом максимального правдоподобия, который для 16- и 128-точечного быстрого преобразования Фурье обеспечивает минимальное среднее значение средней отнесенной погрешности 1,53⸱10–2 и 0,65⸱10–2 соответственно. Однако такой метод применим только к прямоугольному окну при вычислении быстрого преобразования Фурье. Метод интерполирующей параболы позволяет применить различные весовые окна для вычисления быстрого преобразования Фурье, он не критичен к количеству каналов быстрого преобразования Фурье. Так при 16- и 128-точечном быстром преобразовании Фурье с использованием окна Блэкмана–Харриса средние значения средней отнесенной погрешности оценки частоты составляют соответственно 4,27⸱10–2 и 4,30⸱10–2.
Практическая значимость. Полученные результаты позволяют существенно снизить погрешность оценки частоты радиоимпульсов с неэквидистантным периодом следования, что в частности применимо в задачах доплеровской фильтрации радиолокационных сигналов.
- Поступила
- 29.11.2024
- Одобрена
- 14.02.2025
- Принята
- 31.03.2025
Для цитирования
Кошелев В.И., Чинь Н.Х. Повышение точности оценки частоты неэквидистантных импульсных радиосигналов // Успехи современной радиоэлектроники. 2025. T. 79. № 4. С. 35–47. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202504-04
Список источников
- Hikawa H., Jain V.K. Jamming canceler using interpolated FFT // IEEE International Conference on Communications, Including Supercomm Technical Sessions, Atlanta, GA, USA. 1990. V. 4. P. 1275–1279, doi:10.1109/ICC.1990.117276
- Кравченко Н.И., Бакумов В.Н. Предельная погрешность измерения регулярного доплеровского смещения частоты метеосигналов // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 1999. Т. 42. № 4. С. 3–10.
- Кравченко Н.И., Ленчук Д.В. Предельная точность измерения доплеровского смещения частоты метеосигнала при использовании пачки когерентных сигналов // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2001. Т. 44. № 7. С. 68–80.
- Gasior M., Gonzalez J.L. Improving FFT Frequency Measurement Resolution by Parabolic and Gaussian Spectrum Interpolation // AIP Conf. Proc. 2004. V. 732. № 1. P. 276–285. https://doi.org/10.1063/1.1831158
- Wang M., Zhang X. Method for frequency measurement with ApFFT based on FPGA // 2015 IEEE Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC), Chongqing, China. 2015. P. 1177–1180. doi: 10.1109/IAEAC.2015.7428745
- Кошелев В.И., Горкин В.Н. Методы спектрального анализа в технике цифровой обработки сигналов. Учебное пособие. Рязань: РГРТА. 2002. 96 с.
- Горкин В.Н. Оптимизация алгоритмов многоканальной спектральной обработки сигналов в доплеровском процессоре: Дисс. к.т.н.: 05.12.04: защищена 2002.
- Кошелев В.И., Андреев В.Г., Белокуров В.А. Современные методы повышения эффективности обнаружения радиолокационных сигналов. М.: Горячая линия – Телеком. 2016. 154 с.
- Luo J., Xiao H., Li C., Yang Y. A comparative study of interpolation discrete fourier transform algorithms under strong noise / 2016 Prognostics and System Health Management Conference (PHM-Chengdu), Chengdu, China. 2016. P. 1–7. doi: 10.1109/PHM.2016.7819777
- Fan L., Qi G., Xing J., Jin J., Liu J., Wang Z. Accurate Frequency Estimator of Sinusoid Based on Interpolation of FFT and DTFT // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 44373–44380. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2977978
- Khettaoui B., Boudour M. Synchrophsor Estimation Using The Three-point Interpolated DFT Based On Polynomial Approximation / 2018 International Conference on Electrical Sciences and Technologies in Maghreb (CISTEM), Algiers, Algeria. 2018. P. 1–5. doi: 10.1109/CISTEM.2018.8613613
- Kumar B.R., Mohapatra A., Chakrabarti S. Combined Two-Point and Three-Point Interpolated DFT for Frequency Estimation // 2020 21st National Power Systems Conference (NPSC), Gandhinagar, India. 2020. P. 1–6. doi: 10.1109/NPSC49263.2020.9331874
- Альрубеи М.А., Поздняков А.Д. Оценка частоты при симметричной и несимметричной структуре спектральных компонент дискретизированного гармонического сигнала // Труды МАИ. 2023. № 129. doi: 10.34759/trd-2023-129-15
- Савельев Т.Г. Улучшение параметров радиолокационной наблюдаемости цели в РЛС УВД методами цифровой адаптивной пространственно-доплеровской обработки эхо-сигналов: Дисс. к.т.н.: 05.12.04: защищена 2000.
- Профатилова Г.А., Соловьев Г.Н., Ефремов В.С., Соловьев А.Г. Повышение эффективности систем селекции движущихся тел в РЛС управления воздушным движением // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Приборостроение». 2012. № 3. С 87–92.
- Справочник по радиолокации / Под ред. М.И. Сколника; пер. с англ. под ред. В.С. Вербы. В 2 кн. Кн. 1. М.: Техносфера. 2014. 672 с.
- Беляков Е.С., Кострова Т.Г., Антуфьев Р.В., Костров В.В. Устройство отображения информации о целях в импульсной обзорной РЛС с вобуляцией периода следования зондирующих сигналов. Патент РФ №2386978.
- Горбунов Ю.Н. Повышение эффективности обработки и формирования сигналов в РЛС с СДЦ методами рандомизации // Журнал радиоэлектроники. 2014. № 10.
- Бакулев П.А. Радиолокационные системы. М.: Радиотехника. 2015. 437 с.
- Елагина К.А. Эффективность обнаружителей сигналов в условиях точечных пассивных помех // Вестник Концерна ПВО «Алмаз-Антей». 2016. № 1. С. 69–75.
- Белокуров В.А., Кошелев В.И., Логинов С.Н. Реализация алгоритмов доплеровской фильтрации сигналов на базе современных сигнальных процессоров analog device // Вопросы радиоэлектроники. 2010. Т. 2. № 3. С. 65–76.
- Кошелев В.И. Многоканальная доплеровская фильтрация радиолокационных сигналов // Радиотехника. 2012. № 3. С. 30–35.
- Букварев Е.А., Рябков А.П. Оптимизация многоканального когерентного накопителя пачки импульсов при вобуляции периода зондирования // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. 2012. № 2 (95). С. 31–40.
- Кошелев В.И. Когерентная фильтрация неэквидистантных последовательностей импульсов в системах первичной обработки радиолокационных систем // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 10. С. 16–22.
- Кошелев В.И., Чинь Н.Х. Эффективность многоканальной доплеровской фильтрации неэквидистантных последовательностей импульсов // Цифровая обработка сигналов. 2023. № 2. С. 3–8.
- Браммер Ю. А., Пащук И.И. Импульсные и цифровые устройства. М.: Высшая школа. 2003. 351 с.
- Курош А. Г. Курс высшей алгебры. Изд. 11-е, стерео. М.: Наука. 1975. 432 с.
- Кошелев В.И. Методы и алгоритмы цифрового спектрального анализа сигналов. М.: КУРС. 2021. 144 с.