Диссертация (1090497), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Отсчёты сигналаследуют через интервал равный времени накопления КФ. Также можноиспользовать скользящее БПФ или алгоритм Герцеля [29,81,82]. В этом случаеспектр корректируется при поступлении каждого нового отсчёта сигнала,упрощается определение временных характеристик сигнала.102На выходе блока преобразования Фурье образуется сумма W(М).Спектральное разрешение [29] определяется как: ∆υ =Ft;NM5) анализируется спектр выборки из p отсчётов, выставляется порог ипроизводится фильтрация по спектральным каналам;6) определяется канал, в котором обнаруживается сигнал. Каждыйобнаруженныйсигналотфильтровываетсяиобрабатываетсяотдельно.Количество каналов определяется разрешением по задержке и шириной полосы Δfвходных сигналов.Полоса пропускания каналов определяется как Δf=fmax–fmin.
При точномсовпадении спектра мощности сигнала с полосой фильтра на выходе каналавозникает максимум и однозначное определение спектра и параметров.Максимальная абсолютная величина расстройки равна половине ширины полосыпропускания канала. При протяженном спектре возникает неоднозначность,происходит перекрытие каналов, появляются ошибки при измерении амплитудысигнала и частоты. Таким образом, при выборе количества и полосы пропусканияканалов необходимо иметь априорные сведения об обрабатываемых сигналах и ихспектрах.ПриколичествеотсчётоввременногокоррелятораNτ<256точекиспользуется дискретный коррелятор, при Nτ>256 используется коррелятор наоснове БПФ. В этом случае схема (рисунок 3.20) преобразуется в схему (рисунок3.21).
Вычисляются спектры двух сигналов, далее находят модуль спектрамощности: W ( M ) = U ( M ) ⋅ V * ( M ) .Недостатки СК: невозможность обработки широкополосных сигналов;необходимость создание параллельных корреляционных каналов, количествокоторых равно диапазону задержек сигнала (p) и, как следствие, многоканальнаяобработка обладает некоторой избыточностью аппаратных ресурсов равной:L − K нк , где L – общее число каналов; Kнк – число загруженных каналов.103p отсчетов по задержкеФДImReАЦПФДImReЗОЗОЗОЗОДЕЦ ИМАЦИ Я 1 : 2ReАЦПImtЗ 1= 1tЗ 2= 1tЗ 3= 1tЗ 4= 1tЗ N= 1tЗ 1=1tЗ 2= 1t З 3= 1tЗ 4= 1t З N= 1Retз= N/2Imtз= N/2БПФБПФБПФБПФБПФБПФ|W(М)|Набор частотных фильтровНабор спектральных каналовВыбор канала, определение амплитуды и времени прихода, несущей частотыРисунок 3.21 – Структурная схема СК на основе БПФДля выделения узкополосных сигналов на фоне широкополосной шумовойпомехи можно применить АК (рисунок 3.8) с изменениями, приведенный нарисунке 3.22, который включается перед СК.Рисунок 3.22 – Структурная схема АК широкополосного сигналаРассмотрим подавление АК, на который поступает аддитивная смесь,состоящая из четырех гармонических полезных сигналов: 100 кГц, 500 кГц,1 МГц, 2 МГц и шумовой помехи полосой 3МГц с нормальным распределениемпри этом отношение С/П=0 дБ.
Спектр входного сигнала АК (рисунок 3.23, а) испектр выходного сигнала (рисунок 3.23, б) получен с применением БПФ 1024точек и оконной функции Чебышева. Из рисунка 3.23 видно, что коэффициентулучшения спектра Кул≈2…3 дБ и полезный сигнал можно легко выделить.104Рисунок 3.23 – Спектр помехи на входе и выходе АК3.5.2. Техническая реализация СКМодель СК реализована в программе Mathcad, а практически на ПЛИСVirtex-IV типа xc4vsx35 фирмы Xilinx с параметрами сигнала: входной сигнал–радиоимпульс; полоса – 40 МГц; тактовая частота Ft=100 МГц; Nτ=128 точек;число дискретов по частоте NМ=64.
Результаты моделирования показаны нарисунках 3.24…3.26.Рисунок 3.24 – Аналоговый сигнал на входе АЦП (отношение С/Ш=минус 4 дБ)Рисунок 3.25 – Сигнал на выходе коррелятора (Nτ=128 точек)105Рисунок 3.26 – Изображение частотно-временной плоскости3.6. ВыводыНа основе проведенного анализа и моделирования систем подавления“антикорреляционных” сигналов можно сделать следующие выводы:1.
Из всех типов рассмотренных помех самой опасной являетсяузкополосная гармоническая. Эта помеха легко реализуется и переводитвременной коррелятор в режим насыщения. Такая помеха легко подавляетсявсеми рассмотренными способами подавления.2. При априорных сведениях о помехе она легко подавляется фильтром спостоянными параметрами, но без этих сведений необходимо применить фильтр спеременными параметрами либо адаптивный АК.3. Предлагается структура одноканального АК с корреляционной обратнойсвязью, которая адаптивно подавляет боковые лепестки ДКФ, уменьшаетмощностьнаиболеераспространенныхтиповпомех(гармонической,”скользящей” по частоте, шумовой).
При моделировании параметры помехподбирались с максимальной неопределенностью в обеих плоскостях. Проведенасравнительная оценка коэффициентов подавления во временной области, котораясоставила не менее 12 дБ и носит периодический, неравномерный характер взависимости от отношения С/П на входе.
В частотной области происходит106нормализация спектра, уменьшение боковых выбросов и выделение центральногопика, что доказывает целесообразность использования АК.4. Для гармонической и “скользящей” по частоте помехи АК являетсяузкополосным режекторным фильтром с коэффициентом подавления 14…20 дБ иточно отслеживающим частоту помехи.5. При воздействии нескольких гармонических помех на одноканальный АКпроисходит подавление помех не менее чем на 20 дБ, что вполне приемлемо дляпрактического применения.6. Наиболее сложно происходит подавление помех с шумоподобнойструктурой, ширина спектра которого равна или соизмерима со спектромполезного сигнала. Более высокого подавления можно получить, если источникпомех значительно разнесён в пространстве относительно источника полезногосигнала. В этом случае применяется многоканальный АК с разными задержкамиво вспомогательном канале.7.
Предложенный метод спектрально-временной корреляционной обработкиузкополосных сигналов, который производит частотную и временную селекциюсигналов, наложенных во времени при уровне существенно меньше шума. Этотметод обладает лучшими характеристиками по выделению сигнала, по сравнениюс другими методами (спектральным и корреляционным).107Глава 4. АППАРАТНО-ПРОГРАММАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ДКФ ВРЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ4.1 Исходные данные для аппаратурной реализации систем корреляционнойобработки сигналовБлокобработкисигналовиинформации(блок)дляпостроениякорреляционных систем- это комплекс различных деталей, узлов и программногообеспечения, определённым образом объединённых электрически, механически ипрограммно друг с другом и выполняющих заданные функции в заданныхусловиях и режимах эксплуатации. От правильного выбора деталей и материалов,правильногоихразмещенияизакрепления,зависятконструктивныехарактеристики блока: объём, масса, допустимые условия эксплуатации,надежность, стоимость.
От правильного выбора ЭБ, электрического монтажа иразмещения составных единиц, алгоритмов и программного обеспечения зависятэлектрическиехарактеристикиблока:потребляемаямощность,производительность, объём, стоимость.При построении блока решаются следующие основные задачи:• выбор и оптимизация методов и алгоритмов реализации двумернойкорреляционной обработки в реальном времени;• выбор ЭБ для реализации алгоритмов корреляционной обработки сигналов;• выбор конструкции блока (конструктива), выполнение требований помеханическим и климатическим воздействиям;• выбор методов охлаждения для конкретного варианта блока и обеспечениетеплового режима;• выбор электропитания и выполнение электромагнитной совместимостивнутри блока: рассмотрение вариантов построения источников питания,пути уменьшения помех от работы источников питания и составныхединиц, методы монтажа, разводки силовых шин и информационныхканалов в блоке.108Все эти вопросы были проработаны, изучены и нашли отражение в том илиином объёме в данной работе.
В главе 1 был предложен новый алгоритмполучения ДКФ и описана его структура. Алгоритм позволяет минимизироватьвычислительные требования, предъявляемые к вычислителю. Представляетсяцелесообразным рассмотреть несколько вариантов реализаций, предложенногоалгоритма, на доступных и готовых аппаратно-программных системах иперспективных типов ЭБ. В результате этого рассмотрения, необходимо оценитьэффективность и целесообразность применения того или иного вариантапостроения.Выбор ЭБ является одним из главных вопросов построения блока, так какот правильного выбора ЭБ зависит, в конечном итоге будут ли выполненытребования к параметрам обработки и в каком объёме [21]. Анализ выборасуществующей и перспективной ЭБ для систем корреляционной обработкиприведён в Приложении 4.
Из этого материала следует, что архитектурныеособенности ПЛИС, как нельзя лучше приспособлены для конвейернойреализации разных типов операций таких как фильтрация, спектральный анализ,модуляция, демодуляция, преобразование сигналов, детектирование, свертка,корреляция, в том числе с помощью двойного БПФ. Поэтому ПЛИС рациональноиспользовать для предварительной обработки сигнала и корреляционного анализапотока входных данных. ГП приспособлен для обработки изображений, т.е.
длядвух или трехмерной обработки, обработки массивов информации, выполнениявекторно-матричных операций. ГП присуще следующее правило: чем большеобъём задачи, тем выше производительность. Выполнение последовательныхарифметических вычислений на ГП нецелесообразно.К сожалению, решить задачу получения ДКФ в реальном времени на одномвычислителе средней производительности довольно трудно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
