Об одном методе анализа эффективности приема сигналов в акустических средах с многоходовым распространением и рассеянием звука

Abstract

Предложен универсальный метод оценки эффективности обнаружения сигналов в средах со сложными условиями распространения, для которых точное решение задачи анализа сопряжено с непреодолимыми математическими трудностями. В частности, он позволяет учесть возможность негауссовских флуктуаций поля сигнала вследствие рассеяния на статистических неоднородностях среды. Метод основан на использовании асимптотического распределения неотрицательных случайных величин в области экстремальных значений аргумента. Показано, что для широкого класса алгоритмов приема исходные данные могут быть сведены к двум основным параметрам: отношению сигнал/помеха и индексу ``мерцаний'' сигнала на выходе обработки. Погрешность метода исследована на традиционных моделях рэлеевского и райсовского каналов. Показана возможность контроля точности вычислений с использованием параметров системы обработки. Практическое применение метода проиллюстрировано на примере задачи анализа эффективности обнаружения сигналов в многолучевом акустическом канале с рассеянием звука на статистических неровностях поверхности. Предложена методика оценки качества приема по критерию порогового отношения сигнал/помеха на излучателе. Показаны ее преимущества перед традиционным критерием порогового отношения сигнал/помеха на выходе обработки.

Запропоновано універсальний метод оцінки ефективності виявлення сигналів у середовищах зі складними умовами поширення, для яких точне розв'язання задачі аналізу пов'язане з непереборними математичними труднощами. Зокрема, він дозволяє врахувати можливість негаусівських флуктуацій поля сигналу внаслідок розсіювання на статистичних неоднорідностях середовища. Метод базується на використанні асимптотичного розподілу ненегативних випадкових величин в області екстремальних значень аргументу. Показано, що для широкого класу алгоритмів прийому вихідні дані можна звести до двох основних параметрів: відношення сигнал/перешкода та індексу ``мерехтінь'' сигналу на виході обробки. Досліджено похибку методу на традиційних моделях релеївського та райсівського каналів. Показана можливість контролю точності обчислень з використанням параметрів системи обробки. Практичне застосування методу проілюстровано на прикладі задачі аналізу ефективності виявлення сигналів у багатопроменевому акустичному каналі з розсіюванням звуку на статистичних нерівностях поверхні. Запропоновано методику оцінки якості прийому за критерієм граничного відношення сигнал/перешкода на випромінювачі. Показані його переваги перед традиційним критерієм граничного відношення сигнал/перешкода на виході обробки.

A universal method is proposed for evaluation of signal detection efficiency in media with complex propagation conditions for which the exact solving of the analysis problem is mathematically impossible. In particular, it allows the studying of the non-gaussian signal fluctuations due to scattering on the statistical inhomogeneities of the medium. The method is based on the asymptotic distribution of the non-negative random parameters for the extremal argument values. It is shown that for a wide class of processing algorithms the initial data may be reduced to two parameters: signal-to-noise ratio and scintillation index of the signal at processing output. The inaccuracy of the method is investigated for the traditional Rayleigh and Rician channels. The possibility of calculation accuracy control with use of the processing system parameters is shown. Practical application of the method is illustrated for the problem of detection efficiency analysis in the multipath acoustic channel with sound scattering on the statistical surface roughness. The technique for estimating of detection quality by a criteria of the threshold signal-to-noise ratio at signal source is proposed. Its advantages in comparison with a traditional criterion of a threshold signal-to-noise ratio at processing output are shown.