آشکارسازی سیگنال های طیف گسترده با نرخ هشدار کاذب ثابت

آشکارسازی حضور سیگنال های مخابراتی در سالهای اخیر به خاطر کاربردهای فراوان آن توجه زیادی را به خود جلب کرده است. برای مثال می توان به آشکارسازی حضور سیگنال ها در رادار، جنگ الکترونیک، سونار، رادیوهای هوشمند، شبکه های بی سیم و ... اشاره کرد. در این کاربردها منظور از آشکارساز سیگنال،گیرنده غیرمخاطب می باشدکه قصد آشکارسازی سیگنال های مخابراتی را دارد. به همین دلیل و نیز پارامترهای تصادفی موجود، ممکن است این گیرنده از همه اطلاعات مورد نیاز سیگنال مورد نظر آگاهی نداشته باشد و تعدادی از پارامترهای سیگنال برای آن نامعلوم باشد. در این حالت گیرنده غیرمخاطب تلاش می کند تا با استفاده از اطلاعات محدود در دسترس، بهترین تصمیم گیری را در مورد حضور سیگنال مذکور داشته باشد. در این میان سیگنال های باند گسترده به دلیل ماهیت ذاتی و پیچیدگی آشکارسازی حضور آنها ، بیشتر از سیگنال های مخابراتی دیگر مورد توجه قرار گرفته اند. از جمله معیارهایی که در طراحی گیرنده های مخابراتی و راداری مورد توجه است، معیار نیمن- پیرسون است. این معیار با در نظرگرفتن مقدار ثابتی برای احتمال هشدار کاذب، احتمال آشکارسازی را ماکزیمم می کند. البته در بسیاری از موارد، تحقق کامل این معیار بهینه در عمل امکان پذیر نیست، چرا که برای این منظور لازم است اطلاعات کاملی از آمارگان سیگنال هدف و تداخل در دست باشد که معمولاً چنین اطلاعاتی در دست نمی باشد. مسیله مهم دیگری که در گیرنده ها با آن مواجهیم، تغییر پارامترها و به ویژه توان تداخل است که منجر به تغییر احتمال هشدار کاذب در گیرنده می گردد. روشهایی که به منظور تثبیت نرخ هشدار کاذب در این نوع گیرنده ها مورد استفاده قرار می گیرد، روش های cfar نامیده می شود. دارا بودن این خصلت برای آشکارساز باعث می شود که علیرغم تغییرات آماری تداخل و نویز و به طور کلی شرایط محیطی، کیفیت آشکارساز ی ثابت باشد. برای دستیابی به چنین آشکارسازهایی در شرایط محیطی مختلف، نیاز به آستانه وفقی برای آشکارسازی می باشد. تاکنون الگوریتمهای متعددی برای طراحی پردازشگرهای cfar در کاربردهای راداری ارایه شده است ولی روشهای cfar در زمینه ی آشکارسازی سیگنال-های مخابراتی به خصوص سیگنال های باند گسترده کمتر مورد استفاده واقع شده اند. لذا لازم است تا مفاهیم و مصادیق موجود در رادار به طور مناسبی برای آشکارسازی سیگنال های مخابراتی تفسیر و برگردان شود. در این تحقیق با مفاهیمی مانند سلول های فرکانسی و زمانی آشنا شده و شرایط لازم برای تعمیم مباحث مربوط در آشکارسازی cfar راداری به فضای سیگنال های مخابراتی بررسی می شود. پس از آشنایی با اصول آشکارسازی در رادار و مخابرات، به معرفی مبسوط روشهای مختلف تثبیت هشدار کاذب پرداخته و مزایا و معایب هر کدام از آنها به طور جداگانه بررسی شده است. سپس به آشکارسازی سیگنال مدوله شده فرکانس به صورت خطی (lfm) پرداخته و انواع آشکارسازهای موجود برای آن را بررسی می کنیم. از بین آشکارسازهای مورد بررسی آشکارساز شبه بهینه این سیگنال یعنی آشکارساز مبتنی بر تبدیل فوریه کسری را انتخاب کرده و از آنجایی که این آشکارساز نسبت به توان نویز حساس بوده و نرخ هشدار کاذب آن با تغییر توان نویز تغییر می کند روش هایی برای تثبیت نرخ هشدار کاذب در آن پیشنهاد می گردد. روش های پیشنهادی آشکارساز مورد نظر را cfar کرده و دارای عملکرد مناسب و نزدیک به حالت بهینه می باشد. بعد از آن آشکارسازی سیگنال های جهش فرکانسی(fh) مدنظر قرار گرفته و به بررسی تعدادی از آشکارسازهای موجود برای آن می پردازیم. از بین آشکارسازهای مذکور مهمترین آنها یعنی آشکارساز رادیومتر کانالیزه را انتخاب کرده و به بررسی تاثیر بکارگیری روش های مختلف cfar و بهبود روش های موجود بر روی آنها توسط روش پیشنهادی خواهیم پرداخت. از آن جایی که آشکارساز رادیومتر کانالیزه برای سیگنال های fh بسیار شبیه به آشکارسازی سیگنال در روش های حس کردن طیف در رادیوهای هوشمند می باشد، روش های پیشنهادی را بر روی مدل های موجود برای حس کردن طیف نیز اعمال کرده و نتایج آن را بررسی می کنیم.