Алгоритмические особенности моделирования процессов приема и обработки случайных радиосигналов на фоне шумов и помех

Современные цифровые измерительные радиоприемники, реализующие прием и обработку различных классов радиосигналов, обладают широкими программно-аппаратными возможностями по выделению полезного сигнала на фоне внутренних и внешних шумов и помех. Реализуется эта функция с помощью алгоритмов оптимизации приема. Целью оптимального приема является увеличение энергетического отношения сигнал-шум на выходе приемника по сравнению с отношением сигнал-шум на входе приемника. В современных приемниках эта цель достигается специальными программными методами обработки сигналов и помех (алгоритмами оптимальной фильтрации сигналов на фоне шумов и помех). В теоретическом и практическом аспектах эта задача решена применительно к процедурам обнаружения, выделения и обработки детерминированных сигналов на фоне стационарных шумов и помех [1].

Задача приема и обнаружения случайных сигналов на фоне случайных шумов и помех является значительно более сложной и поэтому она в плане моделирования таких процессов исследована не достаточно полно. Вместе с тем эта задача в ряде практических приложений (например, при выделении внешних индустриальных радиопомех на фоне собственных внутренних шумов приемника) является актуальной. Объясняется это тем, что индустриальные радиопомехи (ИРП) носят ярко выраженный вероятностный характер. К ИРП относятся широкополосные помехи от систем зажигания автомобилей, излучения линий электропередач и другие широкополосные случайные сигналы.

Целью настоящего сообщения является обоснование технических предложений по программной реализации процессов моделирования приема и обработки случайных радиосигналов на фоне шумов и помех.

Современные методы моделирования вероятностных характеристик сигналов и помех условно можно разделить на три группы:

1.     Численные математические методы моделирования (метод Монте – Карло, генерация массивов чисел со случайными значениями, моделирование числовых последовательностей и цифровых потоков);

2.     Аналитическое описание законов распределений с помощью формульных выражений;

3. Методы физического моделирования приборов и сигналов с помощью современных прикладных программных пакетов (моделирующие оболочки LabView, MathLab, Symetrixи др.).

В настоящее время заметна тенденция стремительного развития третьей группы методов моделирования случайных процессов и сигналов.

Как следует из анализа существующих алгоритмов и программ моделирования приема случайных сигналов на фоне шумов и помех, достаточно полно отработаны алгоритмы имитации сигналов и шумов, в которых предусмотрена возможность формирования мгновенных значений сигналов и помех с различными законами распределения. Существуют стандартные программы формирования случайных процессов как математическими методами, так и методами физического моделирования сигналов и помех в приемнике.

Важно отметить, что программ, реализующих математические операции над законами распределения случайных величин, до настоящего времени не предложено. Разработка таких программ позволит существенно повысить качество моделей для исследования процессов приема случайных сигналов на фоне шумов и помех в радиоприемных устройствах. Разработка соответствующих алгоритмов будет стимулировать также совершенствование измерительных приемников в направлении   анализа вероятностных характеристик сигналов и помех.