Диссертация (Двумерный корреляционный анализ пониженной вычислительной сложности для разнесенных пассивных систем), страница 14

Из рисунка 3.10 видно, что помехапрактически скомпенсирована.94Рисунок 3.10 – АКФ на входе и выходе АК при гармонической помехе2. Воздействие на АК нескольких однотипных источников помех. При этомдолжна применяться многоканальная схема [8] и наращиваться количествовспомогательных каналов пропорционально количеству помех. Рассмотримподавление одноканального АК, на который поступает четыре гармоническиепомехи: 50 кГц, 250 кГц, 500 кГц и 1 МГц (рисунок 3.11). Спектр входногосигнала (рисунок 3.11, а) и спектр на выходе АК (рисунок 3.11, б).

Спектрыполучены с применением БПФ 1024 точек и оконной функции Ханна.В АЧХ АК формируются несколько зон режекции. Подавление носитслучайный характер, зависящий от ρ(τ) и при ρ(τ)→1 образуется провал в АЧХ,стремящийся к нулю.Рисунок 3.11 – Спектр помехи на входе и выходе АКВ данном случае имеются некомпенсированные гармоники на частоте50 кГц и 500 кГц, амплитудой на 20 дБ меньше исходной. Получить полногоподавления не удается, из-за конечного разрешения по частоте. Таким образом, на95практике для подавления нескольких источников помех подходит одноканальныйАК, что позволяет резко сократить аппаратные (или программные приреализации, например на СП) затраты при его реализации.3.

Воздействие на АК “скользящей” по частоте помехи типа ЧМ содносторонним изменением частоты Δf=3 кГц…3 МГц, периодом качанияприблизительно в 10 раз меньше времени накопления Tr. При линейномизменении частоты ЧМ помехи АКФ во временной и частотной области сигнала ипомехи, на входе и выходе АК, показана на рисунке 3.12. АКФ линейного ЧМсигнала с прямоугольной огибающей имеет значительные боковые выбросы.

Дляих уменьшения часто применяют нелинейные законы изменения частоты [70],которые имеют многопиковую сложную структуру. При нелинейных ЧМ помехахс логарифмическим изменением частоты и по сложному закону (линейным судвоенным изменением частоты и вычитанием (2f−f0) её начального значения)АКФ сигнала и помехи во временной и частотной области, на входе и выходепоказаны на рисунке 3.13. Происходит подавление боковых лепестков инормализация (выравнивания) спектральных составляющих в частотной области.Рисунок 3.12 – АКФ на входе и выходе АК при линейной ЧМ помехе96Рисунок 3.13 – АКФ на входе и выходе АК при нелинейных ЧМ помехахНа рисунке 3.14 показана зависимость подавления АК во временнойобласти от уровня мощности гармонической и ЧМ помех.

Коэффициентподавления АК (3.4) вычисляется как: К под =Qвых.QвхПри увеличении мощности помех подавление в АК увеличивается (рисунок3.14) и носит периодический характер со средним значением равным Кпод≈16…17дБ. При сложной ЧМ помехе и отношении С/П на входе менее минус 12 дБпроисходит полное подавление помехи, до корреляционных шумов. Наблюдаетсякорреляционный пик с большой амплитудой и корреляционные остатки с оченьмалым уровнем.Коэффициент улучшения спектра на выходе АК можно записать как:К ул =S вых ,S вхгде Sвх, Sвых – отношение основной гармоники на нулевой частоте к максимальнойбоковой гармонике спектра на входе и выходе АК.В частотной области при логарифмической ЧМ помехе Кул≈10…12 дБ, прилинейной ЧМ помехе Кул≈3…4 дБ и сложной ЧМ Кул≈1…2 дБ.

Коэффициент Кулпрактически постоянный и не зависит от мощности помехи.97Рисунок 3.14 – Подавление АК при воздействии помехи: 1 – гармонической; 2 –линейной ЧМ; 3 – логарифмической ЧМ; 4 – сложной ЧМ.4. Воздействие на АК шумовой помехи полосой ∆f=3 МГц с равномернымраспределением. АКФ сигнала и помехи во временной области на входе АК(рисунок 3.15, а) при Qвх =10 дБ и на выходе АК (рисунок 3.15, б) Qвых =18 дБ.Рисунок 3.15 – АКФ на входе и выходе АК при шумовой помехе сравномерным распределением5. Воздействие на АК “пачечной” шумовой помехи полосой ∆f=3 МГц снормальным распределением.

АКФ сигнала и помехи на входе и выходе вовременной и частотной области показана на рисунке 3.16. При этом Qвх=2,54 дБ,Qвых=17,6 дБ.98Рисунок 3.16 – АКФ на входе и выходе АК при “пачечной” шумовой помехеНа рисунке 3.17 показана зависимость подавления АК во временнойобласти от уровня мощности шумовых помех на входе. Шумовые помехи за счётслучайногоизмененияамплитудыимеютбольшоесреднеквадратическоеотклонение коэффициента подавления, при С/П на входе менее минус12…14 дБ получаем среднее значение Кпод≈14…15 дБ. Поскольку полезныйсигнал и “пачечная” помеха имеют одинаковые распределения, происходит ихсложение, и при увеличении мощности помехи возникают дополнительныебоковые корреляционные пики, уменьшающие Qвых.

В частотной областиКул≈5…6 дБ и носит случайный характер в зависимости от мощности помехи.При таком типе сигнала и помехи, в случае изменения параметров схемы,т.е. увеличение задержки p во вспомогательном канале и уменьшение постояннойвремени НЧ фильтра T, ведёт к возрастанию корреляционного пика во временнойобласти.6. Воздействие на АК только полезного сигнала.

На рисунке 3.18 показаназависимость коэффициента подавления Кпод собственных корреляционных шумов(продукт корреляции полезных сигналов) от амплитуды полезного сигнала навходе АК. Из рисунка 3.18 видно, что с увеличением амплитуды сигнала падаеткоэффициентподавления.Приотносительнойамплитуде≈3…5единицвозрастают уровни шумов, т.е. АК вносит дополнительные шумы, ухудшая Qвых.99Рисунок 3.17 – Подавление АК при воздействии помехи: 1 – шумовой; 2 –пачечной.Чтобыэтогоизбежать необходимо- навходесистемы обработкипредусмотреть автоматическое ограничение усиления.Рисунок 3.18 – Подавление АК корреляционных шумов полезного сигналаНа рисунке 3.19 показана зависимость Qвых АК от уровня сигнала восновном и вспомогательном каналах.

Из рисунка 3.19 следует что, дляувеличения Qвых необходимо уменьшать амплитуду полезного сигнала вовспомогательномканале.Получилиоптимальноезначениепревышенияамплитуды основного канала над амплитудой во вспомогательном канале- 15…18дБ.Результатыисследований,полученныхприматематическоммоделировании, были подтверждены практической реализацией АК на ПЛИСсерии Virtex-IV, которые показали, что снятые характеристики приближаются креальным с ошибкой моделирования.100Рисунок 3.19 – Зависимость Q вых АК от отношения амплитуд в каналах3.5. СК узкополосных сигналов3.5.1.

Структурная схема и описание СКУзкополосная помеха является сигналом и необходимо определить еёпараметры. При корреляционной обработке во временной области это сделатьтрудно и потому предлагается производить обработку в частотной области[57,58], при помощи спектрального коррелятора (СК) (рисунок 3.20).

СКпредставляетсобойобнаружительианализаторсигналаснаборомкорреляционных каналов, каждый из которых реализует вычисление КФ споследующимпреобразованиемеёвспектрмощности.Этопозволяетпроизводить многоканальную обработку во всём заданном диапазоне частот иизмерять параметры сигналов, наложенных во времени, но отличающихся почастоте с учётом взаимных помех из-за наложения спектров при маломотношении С/Ш. Предельное отношение С/Ш зависит от разрешения по частоте,времени накопления и может изменяться в зависимости от требуемой точности ипараметров сигнала.

СК предназначен для применения в малобазовых системах(длина базы сотни метров).Обработка в СК проводится в следующей последовательности:1) вычисляются квадратуры входных сигналов;2) для экономии вычислительных ресурсов используется набор знаковыхкорреляторов и процедура децимации сигнала;101p отсчетов по задержкеtЗ 1= 1tЗ 2= 1tЗ 3= 1tЗ 4= 1tЗ N= 1tЗ 1=1tЗ 2= 1tЗ 3= 1tЗ 4= 1tЗ N= 1Retз= N/2ImReImReReReКоррелят орImRe(накопи тель на N отс четов)Коррелят орIm(накопи тель на N отс четов)Коррелят орIm Re(накопи тель на N отс четов)Коррелят орIm(накопи тель на N отс четов)tз= N/2ЗОКоррелят орImЗОImКоррелят орФДАЦПЗОRe(накопи тель на N отс четов)ReЗО(накопи тель на N отс четов)ImДЕЦ ИМАЦИ Я 1 : 2ReФДАЦПImДИСКРЕТНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ|W(M)|Набор спектральных каналовВыбор канала, определение амплитуды и времени прихода, несущей частотыРисунок 3.20 – Структурная схема СК: ЗО − знаковый ограничитель.3) вычисляются КФ в фиксированное время накопления Tr:R ( m) =N τ −1∑ u(m)v (m − p) ;*m=04) вычисляется спектр мощности сигнала [30]:W (М ) =N M −1∑ R ( m)e− j 2πMm / N M,m=0где M=0, 1, …, ( N М − 1) ; NM – количество отсчётов при вычислении спектра, вобщем случае NM=Nτ.При количестве отсчётов NM<256 используется дискретное преобразованиеФурье, при NM>256 для вычисления спектра мощности по выборке сигнала можноиспользовать конвейерное БПФ с помощью стандартной, модифицированнойпроцедуры [72] или на основе алгоритма монобитного БПФ [80].