Непараметричний метод оцінки частоти Доплера з урахуванням деформації обвідної й зсуву центральної частоти сигналу спотвореного мультиплікативною завадою

Автор(и)

  • Павло Юрійович Костенко Харківський національний університет Повітряних сил ім. Івана Кожедуба, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-3382-0684
  • Валерій Валерійович Слободянюк Харківський національний університет Повітряних сил ім. Івана Кожедуба, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-8291-8194

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347023090017

Ключові слова:

BDS-статистика, розподіл Коші, BPSK-сигнал, мультиплікативна завада, оцінка параметрів

Анотація

У статті розглянуто непараметричний метод оцінки частоти Доплера широкосмугового сигналу з кодовою (цифровою) маніпуляцією фази, спотвореного мультиплікативною завадою. Оцінка частоти Доплера, яка призводить до деформації обвідної та зсуву несучої частоти, здійснювалась при відсутності апріорної інформації щодо щільності розподілу ймовірностей шумової складової в моделі прийнятого сигналу (спостереженні). Використано припущення, що шумова складова являє собою процес IID (Independent and Identically Distributed) — процес з незалежними та однаково розподіленими випадковими величинами («білий» шум). Запропонована цільова функція (ЦФ), яка для оцінки частоти Доплера використовує BDS-статистику нев’язок, тобто різницю між спостереженням та моделлю очікуваного сигналу. Мінімум ЦФ прийнято за оцінку параметра. Досліджені характеристики якості оцінки частоти Доплера у випадку мультиплікативних завад в спостереженні сигналу з різними розподілами ймовірностей: гаусівським, рівномірним, логістичним та розподілом Коші. Окрема увага приділена випадку, коли щільність розподілу імовірностей мультиплікативної завади характеризується «важкими хвостами». Проведено статистичне моделювання алгоритму оцінки частоти Доплера, що реалізує чисельну мінімізацію запропонованої цільової функції. Показано, що застосування BDS-статистики й запропонованої на її основі ЦФ дозволяє уникнути задання щільності розподілу мультиплікативної завади при визначенні частоти Доплера.

Посилання

П. Ю. Костенко, С. Я. Фалькович, Основи Статистичної Теорії Інформаційно-Вимірювальних Радіотехнічних Систем. Харків: ХНУПС, 2021.

А. А. Голиков, А. А. Макаров, А. В. Сальникова, Д. Н. Шепелев, “Оценка времени прихода радиосигнала с огибающей произвольной формы и неизвестной центральной частотой при наличии модулирующей помехи,” Вестник Воронежского Государственного Университета. Серия: Физика. Математика, no. 4, pp. 5–17, 2020, doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.4455949.

A. P. Trifonov, Y. E. Korchagin, S. V. Korol’kov, “Estimation of the arrival time and duration of a radio signal with unknown amplitude and initial phase,” Radiophys. Quantum Electron., vol. 60, no. 11, pp. 920–930, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s11141-018-9858-7.

А. П. Трифонов, А. В. Захаров, А. М. Воробьев, “Асимптотические характеристики совместных оценок параметров сигнала,” Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика, no. 2, pp. 77–92, 2003.

П. Ю. Костенко, В. В. Слободянюк, Г. Ю. Дукін, “Порівняльний аналіз роздільної здатності непараметричного BDS-критерію та критерію максимальної правдоподібності оцінювання затримки й доплерівського зсуву частоти імпульсного сигналу,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 65, no. 10, pp. 605–621, 2022, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347022120081.

П. Ю. Костенко, К. С. Васюта, “Использование BDS-статистик для оценки параметров хаотических отображений и регулярных сигналов при наличии шума,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 54, no. 3, pp. 47–55, 2011, doi: https://doi.org/10.20535/S002134701103006X.

В. В. Слободянюк, “Непараметричний метод оцінки частоти Доплера широкосмугового сигналу, спотвореного адитивним шумом з невідомою щільністю розподілу імовірностей,” Системи обробки інформації, no. 4 (171), pp. 62–75, 2022, doi: https://doi.org/10.30748/soi.2022.171.07.

J. P. Theiler, “Quantifying chaos: practical estimation of the correlation dimension,” 1988. doi: https://doi.org/10.7907/ct5h-nx62.

A. S. Weigend, Time Series Prediction. New York: Routledge, 2018, doi: https://doi.org/10.4324/9780429492648.

W. D. Dechert, “The correlation integral and the independence of stochastic processes,” 2005. uri: https://ideas.repec.org/p/att/wimass/200517.html.

Э. И. Дронкин, О. Д. Мрачковский, “Широкополосная функция неопределенности с конечным объемом,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 53, no. 2, pp. 40–48, 2010, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347010020044.

Z. Lin, “Wideband ambiguity function of broadband signals,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 83, no. 6, pp. 2108–2116, 1988, doi: https://doi.org/10.1121/1.396391.

C. S. Pappu, A. N. Beal, B. C. Flores, “Chaos based frequency modulation for joint monostatic and bistatic radar-communication systems,” Remote Sens., vol. 13, no. 20, p. 4113, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/rs13204113.

J. Jiang et al., “An efficient algorithm for WBAF estimation based on linear interpolation and its estimation error,” Appl. Acoust., vol. 142, pp. 44–52, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2018.08.001.

L. Li, N. H. Younan, X. Shi, “Parameter estimation based on sigmoid transform in wideband bistatic MIMO radar system under impulsive noise environment,” Sensors, vol. 19, no. 2, p. 232, 2019, doi: https://doi.org/10.3390/s19020232.

K. V. Mishra, S. Pinilla, A. Pezeshki, A. R. Calderbank, “Group-theoretic wideband radar waveform design,” in 2022 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), 2022, pp. 1821–1825, doi: https://doi.org/10.1109/ISIT50566.2022.9834664.

L. Kanzler, “Very fast and correctly sized estimation of the BDS statistic,” SSRN Electron. J., 1999, doi: https://doi.org/10.2139/ssrn.151669.

W. A. Broock, J. A. Scheinkman, W. D. Dechert, B. LeBaron, “A test for independence based on the correlation dimension,” Econom. Rev., vol. 15, no. 3, pp. 197–235, 1996, doi: https://doi.org/10.1080/07474939608800353.

В. М. Галкин, Л. Н. Ерофеева, С. В. Лещева, “Оценки параметра распределения Коши,” Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, no. 2 (104), pp. 314–319, 2014.

С. С. Акимов, В. А. Трипкош, “Сравнение некоторых методов оценки тяжести хвостов при идентификации закона распределения,” Современные наукоемкие технологии, no. 2, pp. 9–13, 2021, uri: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=38486.

Образ прийнятого сигналу спотворений мультиплікативною білою гаусівською завадою

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-07-27 — Оновлено 2023-07-27

Як цитувати

Костенко, П. Ю., & Слободянюк, В. В. (2023). Непараметричний метод оцінки частоти Доплера з урахуванням деформації обвідної й зсуву центральної частоти сигналу спотвореного мультиплікативною завадою. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 66(7), 405–422. https://doi.org/10.20535/S0021347023090017

Номер

Том 66 № 7 (2023)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.