Диссертация (1090497), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Спектр был получен с применениемоконной функции Чебышева. Эта операция даёт незначительное повышениеотношения С/Ш и сужение полосы центрального пика.81Рисунок 3.1 – АКФ шумового сигнала с равномерным распределением• “пачечная” помеха имеет многопиковую периодическую КФ в двухплоскостях при длительности пачки τпач=Тr.
Обобщенным примером такой помехиявляется последовательность равностоящих шумовых гауссовских сигналов,смещённых на τсм>>τо, где τо − время корреляции. АКФ шумовой пачки,состоящей из 10 шумовых сигналов, каждый из которых смещён на 100 дискретов(интервалов дискретизации сигналов) один относительно другого, показан нарисунке 3.2. В АКФ во временной области (рисунок 3.2, а) амплитуды пиковубывают по треугольному закону. В центре имеется главный пик. Побочные пикиАКФ могут быть приняты за основные пики слабых сигналов. При действиикоррелированных шумов и помех боковые пики могут превышать главный пикслабого полезного сигнала, что может привести к неоднозначности.
В частотнойобласти (рисунок 3.2, б) получаем неоднозначность по всем элементам частоты.Спектр получен с применением оконной функции Чебышева.Рисунок 3.2 – АКФ шумового “пачечного” сигнала823.3. Методы и способы подавления “антикорреляционных” сигналов вдвумерном корреляторе при цифровой обработкеПервый способ. Сущность способа состоит в том, чтобы подавить помеху докорреляции адаптивным фильтром. Анализатором спектра определяется частота иполоса помехи. Подавление осуществляется адаптивным перестраиваемымцифровым фильтром (рисунок 3.3), например, режекторным фильтром второгопорядка (рисунок 3.4) [144].
На рисунке 3.3 и далее показан один из приёмныхканалов коррелятора. Анализатор спектра измеряет спектр мощности помехи. Дляпостроения анализатора применяют скользящий спектральный анализ [71,72] илииспользуют набор узкополосных фильтров [73,74]. Так как спектры мощностиузкополосных и периодических помех имеют большую величину в ограниченномдиапазоне, то эти сигналы могут легко обнаруживаться на фоне других сигналов.Коэффициент передачи режекторного фильтра:11 + 2 K1e − jω + e − j 2ωH (e ) = (1 + K 2 ).21 + K1 (1 + K 2 ) e − jω + K 2e − j 2ωjωЕсли необходимо, чтобы на частоте ω1 коэффициент передачи фильтра былравен нулю, числитель приравнивается к нулю и решая это уравнение, получаемзначения коэффициентов К1 и К2: K1 = − cos ω1 – задает частоту режекции,K2 =1 − sin( ∆f ) – задает ширину полосы Δf. Адаптивно изменяя коэффициенты К1cos( ∆f )и К2, можно вырезать необходимую частоту и полосу помехи.Данным способом можно подавить узкополосные и периодические помехи,которые занимают не более 1/2 ширины спектра полезного сигнала.
Достоинствоспособа: легко программно реализуем, большой коэффициент подавления.Недостатки: для определения частоты подавления необходимо иметьанализатор спектра и установить уровень порога; при подавлении помехиискажается спектр полезного сигнала; количество фильтров равно количествупомех; невозможность подавления ”скользящей” по частоте помеху. Методхорошо применим при наличии априорных сведений о помехах.83Рисунок 3.3 – Подавление помехи адаптивным фильтром: РФ − режекторныйфильтр.Рисунок 3.4 – Режекторный фильтр: А2(z) − передаточная функция фильтравторого порядка.Второй способ.
Заключается в том, чтобы ограничить уровень помехи докорреляционной обработки либо во временной (рисунок 3.5), либо в частотнойобласти (рисунок 3.6). В первом случае вся полоса частот разбивается припомощи фильтров на узкие участки и в них поддерживается постоянное значениемощности помехи в каждом канале, а затем снова собирается весь исправленныйспектр и подаётся на корреляционную обработку. Полоса пропускания каждогоканала: ∆Fк = ∆f Т / n , где ∆fТ – полоса приёмного тракта; n – число каналов. Этотспособ позволяет ограничивать мощные узкополосные и периодические помехи вслучае использования дискретного коррелятора.Коэффициент передачи первого приёмного тракта в случае смещенияnсигнала на нулевую частоту: Н1 (Ω) = ∑ Н1i ejΩτ,i =1где Н1i – коэффициент передачи фильтра первого приёмного тракта.84Рисунок 3.5 – Многоканальный ограничитель:ПФ – полосовой фильтр; ОГ – амплитудный ограничитель.Аналогично определяется коэффициент передачи второго приёмноготракта.
Взаимный энергетический спектр на входе коррелятора равен:nW12 (Ω) = W (Ω)∑ Н1i Н 2i .i =1КФ помехи после выравнивания мощности во всех участках спектрапринимает вид КФ “белого” шума. Если на входе коррелятора процесс2нормальный, тогда количество каналов равно [84]: n =К ф ∆fTr2qвых.При взаимно-корреляционной обработке и действии синусоидальногосигнала, если qвх2 =минус 20 дБ, согласно [28,39] по графику улучшения2=20 дБ. Еслиотношения С/Ш на выходе взаимного коррелятора получаем qвыхΔf=100 МГц, тогда по теореме Котельникова δt=5 нс, количество точек Nτ=1024,Тr=5 мкс получаем n=5 каналов, т.е. полоса каждого канала ΔFк=20 МГц.Достоинство способа ограничения во временной области: большойкоэффициент подавления.
Недостатки: организация многоканальной схемы,выбор различного порога в каналах [8,59], ограничение мощного полезногосигнала.Аналогично ограничивается спектр мощности в частотной области (рисунок3.6) при корреляции с двойным БПФ.85Рисунок 3.6 – Ограничение уровня помехиДостоинство метода: простота реализации. Недостатки: необходимостьвыполнить операцию двойного БПФ, ограничение всего спектрального диапазона,установка порога.Оценим эффективность ограничения помех во временной и спектральнойобласти с применением математической модели (S–модели). Моделирование иисследование проводилось в среде Matlab с применением пакета Simulink.
Вкачестве источника полезного сигнала взят шумовой сигнал с нормальнымраспределением и полосой 3 МГц. Этот тип сигнала обобщает все вариантыреальных сигналов: связных, измерительных, источников шумовых помех,локационных [85]. Вычисление АКФ сигналов характеризуется следующимипараметрами: частота дискретизации Ft=8 МГц; количество точек накопленияКФ- 1024. Порядок S–модели равен 512, который является оптимальным поточности оценивания параметров и времени вычисления.
Шум приёмного трактаимеет нормальное распределение.КФ без ограничения спектра (рисунок 3.7, а) и с ограничением спектра(рисунок 3.7, б) при действии помехи: гармонического сигнала f=50 кГц самплитудой равной единице. Уровень ограничения немного выше максимальногоуровня полезного сигнала. При отношении сигнал/помеха (С/П)=0 дБ на входекоррелятора получаем потери в отношении С/Ш≈4…6 дБ (по амплитуде).Максимум корреляционного пика на 20 мкс и для его лучшего выделения можновключить на выходе коррелятора схему селекции по амплитуде [75]. При86уменьшении отношения С/П на входе меньше, чем минус 10 дБ возрастаетамплитуда огибающей помехи и дисперсия шума, уменьшается подавление.В случае ограничения помехи во временной области, при отношении С/П=0дБ на входе и n=3, потери в отношении С/Ш на выходе составляют ≈5…8 дБ.Таким образом, оба способа ограничения аналогичны по эффективности.Выше рассмотренные способы подавления либо требуют априорныхсведений о помеховой обстановке, либо подавляют конкретные типы помех,преимущественно узкополосные и периодические.
Для подавления помех сразличными спектрами и АКФ предлагается применить компенсатор.Рисунок 3.7 – КФ без ограничения и с ограничениемОсновные требования, предъявляемые к компенсатору: компенсацияширокого класса помех (описанных выше) без установки параметров икоэффициентов, т.е. автоматически и обеспечить адаптацию [83] в соответствии сизменяющейся помеховой обстановкой, коэффициент подавления помех отнескольких источников не ниже 10 дБ, простота построения и реализации.Распространённый череспериодный компенсатор (вычитатель) не позволяетполностью скомпенсировать помеху, тем более от нескольких источников помех,требует априорных сведений и не является адаптивным.В статье [65] описан принцип адаптивного формирования модели помехи,которая в дальнейшем используется для её компенсации.
Основная задача методасостоит в выделении из сигнала помеху и настройка адаптивного фильтра [66], навыходекоторого,после“обучения”формируетсясигналблизкийксреднеквадратическому значению помехи. За счёт системы обратной связи87происходит её компенсация. Сформировать обучающий сигнал можно только втом случае, если спектр помехи и полезного сигнала не перекрываются. Так какспектр помехи, как правило, находится в низкочастотном диапазоне, то спектрполезного сигнала не должен находиться в этом диапазоне, хотя бы на время“обучения”. За этим следит устройство оценки частоты сигнала.
Тогда из смесисигнала и помехи можно выделить “обучающий” сигнал и произвести настройкуфильтра. Если сигнал и помеха перекрываются по спектру частот, то процесс“обучения” невозможен. Этот момент, а также ресурсоемкость алгоритмаявляются основными недостатками этого метода.Предлагается также метод борьбы с помехами [64], заключающийся впоследовательной процедуре установки порога, быстрого обнаружения ираспознавания наиболее мощной помехи, оценивание её параметров (амплитуды,задержки, кода) в соответствии с алгоритмом совместной фильтрации дискретныхи непрерывных сигналов, подробно исследованных в [68], формировании копиипомехи и её взаимной компенсации. Оценка амплитуды помехи и её дисперсии взначительной степени зависит от мощности помехи и сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
