Метою даної статті є необхідність створення одиничного портрета джерела радіовипромінювання і способів ідентифікації. Для виявлення, ідентифікації та визначення місця розташування джерел радіовипромінювання в зоні покриття використовуються кошти радіомоніторингу. Однією з важливих завдань, що вирішуються системою радіомоніторингу, є прийом (перехоплення) переданих повідомлень в радіоефірі і ідентифікація сигналу. У статті розглянуті питання класифікації основних параметрів джерел радіовипромінювання, наведено класифікацію видів модуляції і основні параметри її типів. Структуру сигналу дозволяють визначити Автокорреляционная і кореляційний методи. Автокорреляция використовується для визначення таких параметрів сигналу, як тривалість посилки, тривалість блоку даних. Кореляція дозволяє ідентифікувати конкретний сигнал з має набору. для виявлення джерела радіовипромінювання наведені два узагальнених алгоритму: распознванія виду джерела радіовипромінювання з невідомих параметрах і алгоритм ідентифікації джерела випромінювання по заданих параметрах. Представлений результат моделювання алгоритму розпізнавання джерела радіовипромінювання з заданими параметрами, як заданого сигналу використовувалася сигнатура з лінійно-частотної модуляцією. Результатом роботи алгоритму є одиничний викид при повній відповідності сигналів, при розбіжності сигналів ширина викиду збільшується, що і свідчить про розбіжності. Даний алгоритм можна використовувати для пошуку заданого виду сигналу, що дозволяє збільшити швидкість аналізу смуги і точність виявлення. Для збільшення точності виявлення рекомендується використовувати комбінацію двох алгоритмів з додатковою цифровою обробкою сигналів, що має привести до збільшення точності визначення виду сигналу і швидшому знаходженню параметрів джерела радіовипромінювання.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Архипенко Д. В.


ANALYSIS OF RADIO SIGNAL PARAMETERS FOR EMISSION SOURCE IDENTIFICATION

The purpose of the article is the need to create a single portrait of a radioemission source and identification methods. Radiomonitoring tools are used to detect, identify and locate sources of radioemission in the coverage area. One of the important tasks solved by the radio monitoring system is the reception (interception) of transmitted messages on the air and signal identification. The article deals with the classification of the main parameters of radioemission sources, provides a classification of the modulation types and the main its parameters. The signal structure can be determined by autocorrelation and correlation methods. Autocorrelation is used to determine signal parameters such as the transmission duration, data block duration. Correlation allows to identify a specific signal from the set. To detect a radioemission source, two generalized algorithms are presented: recognition of the radioemission source type by unknown parameters and an algorithm for identifying a radiation source by given parameters. A simulation result of a radioemission source recognition algorithm with given parameters is presented; a linear frequencymodulated signature was used as a given signal. The result of the algorithm is a single outlier with full signal compliance, when the signals diverge, the outlier width increases, which indicates a discrepancy. This algorithm can be used to search for a given type of signal, which allows to increase the strip analysis speed and the detection accuracy. To increase the detection accuracy, it is recommended to use a combination of two algorithms with additional digital signal processing, which should lead to an increase in the accuracy of type of signal determining and a more rapid determination of the radiation source parameters.


Область наук:

  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології

  • Рік видавництва: 2020


    Журнал: Доповіді Білоруського державного університету інформатики і радіоелектроніки


    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ радіосигналів для ідентифікації ДЖЕРЕЛА ВИПРОМІНЮВАННЯ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ радіосигналів для ідентифікації ДЖЕРЕЛА ВИПРОМІНЮВАННЯ»

    http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2020-18-1-52-58

    Оригінальна стаття Original paper

    УДК 621.37

    АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ радіосигналів для ідентифікації ДЖЕРЕЛА ВИПРОМІНЮВАННЯ

    Архипенка Д.В.

    Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки (м.Мінськ, Республіка Білорусь)

    Надійшла до редакції 19 вересня 2019

    © Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки, 2020

    Анотація. Метою даної статті є необхідність створення одиничного портрета джерела радіовипромінювання і способів ідентифікації. Для виявлення, ідентифікації та визначення місця розташування джерел радіовипромінювання в зоні покриття використовуються кошти радіомоніторингу. Однією з важливих завдань, що вирішуються системою радіомоніторингу, є прийом (перехоплення) переданих повідомлень в радіоефірі і ідентифікація сигналу. У статті розглянуті питання класифікації основних параметрів джерел радіовипромінювання, наведено класифікацію видів модуляції і основні параметри її типів. Структуру сигналу дозволяють визначити Автокорреляционная і кореляційний методи. Автокорреляция використовується для визначення таких параметрів сигналу, як тривалість посилки, тривалість блоку даних. Кореляція дозволяє ідентифікувати конкретний сигнал з має набору. Для виявлення джерела радіовипромінювання наведені два узагальнених алгоритму: распознванія виду джерела радіовипромінювання з невідомих параметрах і алгоритм ідентифікації джерела випромінювання по заданих параметрах. Представлений результат моделювання алгоритму розпізнавання джерела радіовипромінювання з заданими параметрами, як заданого сигналу використовувалася сигнатура з лінійно-частотної модуляцією. Результатом роботи алгоритму є одиничний викид при повній відповідності сигналів, при розбіжності сигналів - ширина викиду збільшується, що і свідчить про розбіжності. Даний алгоритм можна використовувати для пошуку заданого виду сигналу, що дозволяє збільшити швидкість аналізу смуги і точність виявлення. Для збільшення точності виявлення рекомендується використовувати комбінацію двох алгоритмів з додатковою цифровою обробкою сигналів, що має привести до збільшення точності визначення виду сигналу і швидшому знаходженню параметрів джерела радіовипромінювання.

    Ключові слова: модуляція, алгоритм розпізнавання, джерело радіовипромінювання, лінійно-частотна модуляція.

    Конфлікт інтересів. Автор заявляє про відсутність конфлікту інтересів.

    Для цитування. Архипенка Д.В. Аналіз параметрів радіосигналів для ідентифікації джерела випромінювання. Доповіді БГУИР. 2020; 18 (1): 52-58.

    ANALYSIS OF RADIO SIGNAL PARAMETERS FOR EMISSION SOURCE IDENTIFICATION

    DMITRY.V. ARKHIPENKOV

    Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics (Minsk, Republic of Belarus)

    Submitted 19 September 2019

    © Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, 2020

    Abstract. The purpose of the article is the need to create a single portrait of a radioemission source and identification methods. Radiomonitoring tools are used to detect, identify and locate sources of radioemission in the coverage area. One of the important tasks solved by the radio monitoring system is the reception (interception) of transmitted messages on the air and signal identification. The article deals with the classification of the main parameters of radioemission sources, provides a classification of the modulation types and the main its parameters. The signal structure can be determined by autocorrelation and correlation methods. Autocorrelation is used to determine signal parameters such as the transmission duration, data block duration. Correlation allows to identify a specific signal from the set. To detect a radioemission source, two generalized algorithms are presented: recognition of the radioemission source type by unknown parameters and an algorithm for identifying a radiation source by given parameters. A simulation result of a radioemission source recognition algorithm with given parameters is presented; a linear frequency-modulated signature was used as a given signal. The result of the algorithm is a single outlier with full signal compliance, when the signals diverge, the outlier width increases, which indicates a discrepancy. This algorithm can be used to search for a given type of signal, which allows to increase the strip analysis speed and the detection accuracy. To increase the detection accuracy, it is recommended to use a combination of two algorithms with additional digital signal processing, which should lead to an increase in the accuracy of type of signal determining and a more rapid determination of the radiation source parameters.

    Keywords: modulation, recognition algorithm, radiation source, chirp.

    Conflict of interests. The author declares no conflict of interests.

    For citation. Arkhipenkov D.V. Analysis of radio signal parameters for emission source identification. Doklady BGUIR. 2020; 18 (1): 52-58.

    Вступ

    Сучасний радіоефір насичений найрізноманітнішими випромінюваннями: від ручного телеграфу до складних, мінливих в часі радіосигналів з цифровою модуляцією і кодуванням, виявити параметри яких не завжди можливо. Для виявлення, ідентифікації та визначення місця розташування джерел радіовипромінювання в зоні покриття використовуються кошти радіомоніторингу. Однією з важливих завдань, що вирішуються системою радіомоніторингу, є прийом (перехоплення) переданих повідомлень в радіоефірі. На рис. 1 показана структурна модель системи сигнатурного детектування джерел радіовипромінювань (ІРІ) [1].

    В даний час найбільше застосування в задачах радіомоніторіга знаходять панорамні ЦРПРУ (цифрові радіоприймальні пристрої), що представляють поєднання перетворювачів радіосигналів з фіксованою проміжною частотою і блоку аналого-цифрової обробки, що забезпечує паралельну обробку сигналів в смузі одночасного аналізу з необхідним частотним дозволом [2]. У зв'язку з цим існує необхідність в створенні одиничного портрета ІРІ і способів ідентифікації даного випромінювання.

    Мал. 1. Структурна модель системи сигнатурного детектування джерел радіовипромінювань Fig. 1. Structural model of signature detection system of radio emission sources

    Класифікація основних параметрів ІРІ

    У загальному вигляді будь-радіосигнал, який приймає пристроєм радіомоніторингу, можна уявити в тимчасовій області як [3]

    u (t) = U (t) cos (rn (t) t +)) +), (1)

    де U (t), ® (t), ф (0 - функції, що визначають закон зміни сигналу по амплітуді, частоті і фазі відповідно; n (t) - шумова складова.

    Залежно від виду модулюючого, модулируемого сигналу і модульованих параметрів можна запропонувати таку класифікацію:

    1) по виду тимчасової характеристики: безперервний, імпульсний;

    2) за видом модуляції - табл. 1.

    Таблиця 1. Класифікація видів модуляції Table 1. Classification of modulation types

    Тип модуляції Modulation type Аналогова Analog Імпульсна Pulse Цифрова Digital

    Модулюючий сигнал Modulating signal Аналоговий Аналоговий або дискретний Дискретний

    Несуча Carrier signal Аналогова Дискретна Аналогова

    Вид модуляції Modulation kind АМ (амплітудна модуляція) ЧС (частотна модуляція) ФМ (фазова модуляція) ЛЧМ (лінійно-частотна модуляція) АІМ (амплітудно-імпульсна модуляція) ШІМ (широтно-імпульсна модуляція) ФІМ (фазоімпульсной модуляція) АМн (амплітудна маніпуляція) ЧМН (частотна маніпуляція) ФМн (фазоманіпулірованних несуча) Комбінована

    Рішення задачі визначення модуляционной структури сигналу є використання методів статистичної теорії розпізнання образів. Постановка завдання розпізнання передбачає вибір ознак розпізнавання, визначення їх статистичних характеристик, формування еталонних описів розпізнаються класів, вибір вирішального правила віднесення контрольної вибірки і способів оцінювання помилок розпізнавання.

    У класичній постановці завдання розпізнавання формулюється як задача віднесення певної контрольної вибірки ознак розпізнавання {х,}, / = 1, ..., N до одного з описуваних класів, ...,? Т. При цьому відомі методи розпізнавання відрізняються в основному способами опису, ...,? Т .

    В даний час добре вивчена задача розпізнавання для повністю описаних класів, коли вони однозначно визначаються функціями розподілу № (х) = № (х |),

    або функціями щільності ймовірності ю (х ||) = (х ||) с! х і апріорними ймовірностями

    їх появи р [4]. Однак для проведення технічного аналізу модуляционной структури сигналів систем радіозв'язку використання класичних методів оптимальної оцінки параметрів і статистичної теорії розпізнавання образів малоефективно. Вимога оперативності настройки обробної апаратури обумовлює необхідність розробки спеціальних методів визначення модуляційних параметрів по некласифікованої вибірці фіксованого обсягу, тому практичний інтерес представляє завдання розробки більш простого і ефективного методу визначення модуляції.

    Структуру сигналу дозволяють визначити Автокорреляционная і кореляційний методи. У першому випадку досліджуваний сигнал множиться на зсунуті по часу його копії, у другому - реалізується перемноження сигналу з рядом опорних коливань з тим чи іншим видом модуляції при різних параметрах модуляції. Автокорреляция використовується для визначення таких параметрів сигналу, як тривалість посилки, тривалість блоку даних. Кореляція дозволяє ідентифікувати конкретний сигнал з має набору і, зокрема, визначати наявність сінхро- або пілот-послідовностей.

    Найбільш наочно виявлення типу модуляції на основі векторного представлення сигналів. Під векторних поданням розуміють відображення миттєвої амплітуди і фази сигналу на комплексній площині [1]. Для кожного типу модуляції (аналогової, імпульсної, цифровий) можна виділити основний ряд параметрів, які характеризують сигнали в даному типі модуляції.

    Алгоритм ідентифікації джерела випромінювання з невідомих параметрах

    При ідентифікації сигналу з ефіру можна виділити два узагальнених алгоритму розпізнавання невідомого сигналу: ідентифікація ІРІ з невідомими параметрами і з заданим (і) параметром (ами). На рис. 3 представлений узагальнений алгоритм ідентифікації ІРІ при невідомих параметрах сигналу.

    Мал. 3. Узагальнений алгоритм для ідентифікації джерела випромінювання Fig.3. Generalized algorithm for radiation emission source

    Доповіді БГУИР DoкLADY BGUIR № 18 (1) (2020) _Щ. 18 (1) (2020)

    Відповідно до представленого на рис. 3 алгоритмом відбувається сканування радіоефіру у всій частотній області радіоприймального пристрою і проводиться аналіз тимчасової вибірки на заданій частоті. Первинним завданням алгоритму є визначення частоти сигналу, займаної смуги і виду модуляції. Імовірну структуру сигналу дозволяє визначити кореляційний і автокореляційна метод. Якщо сигнал присутній, то проводиться аналіз тимчасової вибірки на основі швидкого перетворення Фур'є (ШПФ). На основі цих даних визначаються ширина смуги за рівнем 0, і середня потужність сигналу. Далі алгоритм шляхом перебору визначає вид

    модуляції і основні параметри, після чого на основі отриманих даних формується структура з найбільш імовірним видом модуляції і параметри сигналу. На основі цієї структури алгоритм формує сигнал, який порівнюється до отриманого сигналу, в результаті чого здійснюється висновок інформації про наявність сигналу і його вигляді.

    Алгоритм ідентифікації джерела випромінювання по заданих параметрах

    Представлений на рис. 3 алгоритм має безліч недоліків, так як використовує метод перебору всіх видів модуляції, що може привести до помилкового спрацьовування. При відсутності знань про параметри шуканого сигналу даний метод не здатний точно визначити сигнал. Тому пропонується алгоритм, заснований на використанні сигнатурного детектування сигналу (рис. 4). Ідея даного алгоритму полягає в тому, що сигнал, що приймається порівнюється в блоці порівняння з сигнатурами, занесеними в пам'ять пристрою, або з сигналом з заданими параметрами, який формується за допомогою цього пристрою його оператором. Далі вирішальне пристрій визначає, чи відповідає сигнал сигнатуре або сигналу з заданими властивостями або немає.

    Вирішальне \ Немає пристрій /

    !Так

    сигнал знайдений

    Сигнал НЕ відповідає заданим параметарм або отсусвтует

    Мал. 4. Узагальнений алгоритм ідентифікації джерела випромінювання по заданих параметрах Fig. 4. Generalized algorithm for the identification of the emission source according to the specified parameters

    Наприклад, якщо в якості сигнатури використовувати ЛЧМ сигнал з певними параметрами і приймати такий же з шумом ЛЧМ сигнал, то в блоці порівняння сигналів буде матися один вузький максимум. При зміні параметра (ів) сигналу максимум буде розширюватися, що свідчить про відхилення параметрів прийнятого ЛЧМ сигналу від параметрів сигнатури. При прийомі іншого виду сигналу на виході зрівняльного блока буде шум, що свідчить про не збігом сигналів (рис. 5).

    Головним недоліком даного алгоритму: вдосконалення бази випромінюваних сигналів і складність їх кодування, що призводить до постійного оновлення бази даних пристрою пошуку сигналів.

    ЛЧМ signture

    5.1 хЮ4

    f g

    Мал. 5. Принцип роботи алгоритму ідентифікації джерела випромінювання по заданих параметрах: a - зашумленний АМ сигнал; b - сигнатура ЛЧМ сигналу; c - результат блоку порівняння прийнятого АМ сигналу з сигнатурою ЛЧМ; d - зашумленний ЛЧМ сигнал з такими ж параметрами як ЛЧМ-сигнатура; f - результат блоку порівняння ЛЧМ прийнятого сигналу з сигнатурою ЛЧМ (при однакових параметрах сигналу); g - результат блоку порівняння ЛЧМ прийнятого сигналу з сигнатурою ЛЧМ (при збільшенні девіації частоти) Fig. 5. The principle of operation of the radiation source identification algorithm for the specified parameters: a - noisy AM signal; b - the signature of a chirp signal; c - the result of a block comparison of a received AM signal with the chirp signature; d - noisy chirp signal with the same parameters as the chirp signature; f - the result of the compare unit chirp received signal with the signature chirp (with the same parameters of the signal, g - the result of the compare unit chirp received signal with the signature chirp (increasing frequency

    deviation)

    b

    a

    d

    висновок

    У статті розглянуті питання, пов'язані з визначенням видів і параметрів модуляції. Представлені два узагальнених алгоритму розпізнавання сигналу. Метод з використанням сигнатур збільшує швидкість аналізу сканируемой смуги радіочастот, має високу точність виявлення сигналу і малу ймовірність спрацьовування на помилковий сигнал. Даний метод можна застосовувати в комплексі з розвідувальними пристроями для виявлення цілей із заданими параметрами. Для ефективної ідентифікації джерела випромінювання рекомендується використовувати комбінацію представлених алгоритмів з додатковою цифровою обробкою сигналів.

    Список літератури

    1. Рембовскій А.М., Ашихмин А.В., Козьмін В.А. Радіомоніторинг завдання, методи, засоби. М .: Гаряча лінія - Телеком; 2006.

    2. Ашихмин А.В., Виноградов А.Д., Рембовскій А.М. Принципи побудови сучасних радіопеленгаторів. М .: Відомчі корпоративні мережі і системи; 2002.

    3. Онищук О. Г., Забенько І.І., Амелін А. М. Радіоприймальні пристрої. Мінськ: Нове знання; 2007.

    4. Фомін Я.А. Статистична теорія розпізнавання образів. М .: Радио и связь, 1986.

    References

    1. Rembovsky A. M., Ashihmin A.V., Kozmin V.A. [Radiomonitoring tasks, methods]. M .: Garachay linia -Telekom; 2006. (In Russ.)

    2. Ashikhmin A.V., Vinogradov, A.D., Rembovsky A.M. [7he principles of modern finders]. .M .: Vedomstvenie korporativnie seti i sistemi; 2002. (In Russ.).

    3. Onishchuk A.G., Zabenkov I.I., Amelin A.M. [Receivers]. Minsk: Novie znania. 2007. (In Russ.).

    4. Fomin, Ya. A. [Statistical theory of pattern recognition]. M .: Radio i svyaz; 1986. (In Russ.).

    Відомості про автора

    Архипенка Д.В., аспірант кафедри інформаційних радіотехнологій Білоруського державного університету інформатики і радіоелектроніки.

    Information about the author

    Arkhipekov D.V., PG student of Information Radio-technologies department of Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics

    Адреса для кореспонденції

    220013, Республіка Білорусь м.Мінськ, вул. П. Бровки, д. 6, Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки тел. + 375-29-260-74-76; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Архипенка Дмитро Володимирович

    Address for correspondence

    220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Brovka str., 6, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics tel. + 375-29-260-74-76; e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Arkhipenkov Dmitry Vladimirovich


    Ключові слова: МОДУЛЯЦІЯ /АЛГОРИТМ РОЗПІЗНАВАННЯ /джерело радіовипромінювання /ЛІНІЙНО-ЧАСТОТНА МОДУЛЯЦІЯ /MODULATION /RECOGNITION ALGORITHM /RADIATION SOURCE /CHIRP

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити