Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами (1985) (1151877), страница 62
Текст из файла (страница 62)
осуществлять синхронизацию. Именно поэтому такие измерители называются следящими. Одноканальные следящие измерители являются по сути дела системами автоматического регулирования (САР), теория которых разработана достаточно глубоко. Следящие измерители для поиска и синхронизации ШПС безусловно имеют свои особенности, которые кратко будут рассмотрены в дальнейшем, но основные положения теории САР применимы и для таких измерителей. Приведем основные положения теории одноканальных следящих измерителей 11021. Положим, что измеряемый параметр, например р, изменяется во времени, т. е.
р=1г(1). Поскольку прием ШПС сопровождается помехами, то процесс и(1) содержит как полезную сигнальную составляющую и,(1), так и помеховую составляющую иа(1), т. е. 1г(1)=Р,(1)+па(1). Задача измеРителЯ пРоцесса Р(1) заключаетсЯ в создании оценки р*(1), которая минимально, в соответствии с принятым критерием, отличается от действительного закона изменения и,(1). Поэтому измеритель является сглаживающим фильтром для р(1). Структура измерителя должна быть такой, чтобы обеспечить максимальное подавление (фильтрацию) помеховой составляющей 1и,(1). Параметры ШПС, которые необходимо измерить и за изменением которых необходимо следить, нелинейно входят в ШПС. Например, сигнал на входе приемника может иметь вид и(1; („в) =0(1 — 1,) соз [гэ(1 — 1,)+9 (1 — 1,)+~р), (1555) где У(1) — амплитудная огибающая сигнала, в — несущая частота, 9(1) — закон изменения угловой модуляции, ~р — случайная начальная фаза, 1,— задержка по времени.
Параметры 1 и а нелинейно входят в принимаемый сигнал (15.55). Поэтому измерители процессов 1,(1) и в(1) являются нелинейными фильтрами. авв Рис. !5.13. Линейный оптимальный иа. меритель Рис. 15.1а. Характеристика лье. нриминатора изображена характеристика дискриминатора. Для слежения за изменением параметра обычно используется центральная линейная часть характеристики. Оптимальный фильтр выдает сглаженную оценку 5е. Обычно фильтр строится на основе критерия минимизации среднеквадратической ошибки между измеряемым параметром и его истинным значением.
На выходе измерителя формируется 1Π— 111 289 Строгое решение задач нелинейной фильтрации хорошо известно 1103, 1041. При больших отношениях сигнал-помеха используют гауссово прйближение, которое заключается в том, что полагают измеряемый процесс гауссовым. Именно такое приближение сделано при переходе от апостериорной плотности (15.7) к (15.12). Переход к гауссовым процессам позволяет линеаризнровать задачу оценки процесса н воспользоваться теорией оптимальной линейной фильтрации. Линеаризацня заключается в том, что нз входного сигнала формируется линейная функция малых отклонений текущего значения параметра $=1ь — ро относительного некоторого опорного значения, близкого к истинному значению 1ьо.
Для параметров ШПС малые отклонения параметров определяются как т=1,— 1, Я=то — ота, (15.56), (15.57) относительно которых и определялись ошибки (15.25), (15.26) УстРойство, котоРое сРавнивает мгновенные значениЯ 1ь и 1ье, называется дискриминатором (разлнчителем). Опорное значение ро вводится заранее. Оно известно и вводится системой поиска. Обычно характеристика дискриминатора в определенных пределах линейна.
Выходной сигнал дискриминатора является линейной функцией малых отклонений $. Если измеряемый параметр не выходит за пределы линейного участка характеристики дискриминатора, то и на выходе дискриминатора можно поставить оптимальный линейный фильтр, который будет сглаживать помеховую составляющую и выдавать опенку 5 . Необходимо отметить, что оценка й* запаздывает на некоторое время относительно $ из-за задержки в фильтре. На рнс.
15.13 приведена схема линейного оптимального измерителя. Он состоит нз дискриминатора (ДК), оптимального фильтра (ОФ) и сумматора (+). На один вход дискриминатора поступает сигнал и(1, 1ь), на дРУгой вход — опоРное значение паРаметРа Ро. На выходе дискриминатора имеем разность 9=1ь — 1ьо. На рис. 15.14 значение параметра !ь' ри+$', которое в соответствии с критерием минимума среднеквэдратической ошибки минимально в среднем отклоняется от истинного значения. Значение параметра !ь' может быть введено в необходимые узлы синхронизатора.
Опорное значение параметра !ьи вводится в измеритель из схемы поиска. В процессе измерений значение параметра !ь на входе дискриминатора может и выйти из пределов характеристики дискриминатора, что приводит к срыву измерения параметра, т. е. к срыву синхронизации. Поскольку изменения параметров обычно медленные, то можно не только производить фильтрацию, но и осуществлять эхстраполяцию (предсказание) параметра и использовать такое значение параметра в качестве опорного. При этом устраняется опасность срыва синхронизации. Для экстраполяции в качестве фильтра на рис. 15.13 используют экстраполирующий фильтр нли экстраполятор. Чем точнее предсказывает экстраполятор ожидаемое значение процесса, тем меньше рассогласование между опорным и входным процессами.
Таким образом, оптимальный одноканальный измеритель должен содержать дискриминатор и экстраполятор. Для обеспечения работоспособности измерителя необходимо на временнбй дискриминатор подать опорное значение !ьо. Начальное значение этого параметра обеспечивается схемой поиска. На рис. 15.15 представлена схема следящего измерителя. Он состоит из дискриминатора (ДК), экстраполятора (ЭП), генератора (Г), схемы поиска (СП).
Последняя в свою очередь состоит из схемы захвата (СЗ) и программного устройства (ПУ). Схема захвата представляет собой коррелятор, за которым следует порого- вое устройство, а за пороговым 1 устройством — реле захвата. ! сз ! ! !си На коррелятор поступают два Л9 ШПС: со входа и(1, !ь) со зна! ! чением параметра !ь н с выхо! да генератора и(1, !ьь) со знаи/с,и) ченнем параметра !ьа. Еслц дк зп разность между параметрами больше ширины центрального и~а "о) пика ФН, то на выходе корре- лятора сигнальной составляюг щей не будет. Соответственно не будет превышен порог и реРис.
!5.!з. следящая измеритель ле захвата не сработает. Гене- ратор (Г) создает сигналы и(1, !ьь) со всеми значениями 1ьь внутри интервала неопределенности. Изменение параметра !ьь в сигнале и(1, !ьь) осуществляется значением параметра $*, снимаемым с выхода экстраполятора. Следящий измеритель работает в двух основных режимах: в режиме поиска и в режиме слежения. В режиме поиска программное устройство через экстраполятор перестраивает по определенной программе значение $*, что вызы- 299 пает фоРмиРование генеРатоРом сигнала и(1, 11э) с соответствУю. щнм значением параметра ре. Например, программное устройство может обеспечить изменение параметра 11о в заданных пределах (от 0 до р,,х) с требуемой скоростью. Когда в процессе поиска опорное значение параметра 9э окажется близким к истинному значению ц (разность между ними меньше ширины центрального пика ФН по этому параметру), то напряжение на выходе коррелятора схемы захвата превысит порог, реле захвата сработает н по-.
иск прекратится. Прн этом начальное рассогласование ц — 11о попадает в линейную часть характеристики дискриминатора, который вырабатывает сигнал рассогласования. Следящее кольцо (дискриминатор, экстраполятор, генератор) замыкается н измеритель переходит в режим слежения. Прн ложных захватах от. помехи илн прн пропадании сигнала, реле захвата спустя некоторое время размыкается и схема поиска вновь начинает поиск до обнаружения сигнала В режиме слежения сначала обрабатывается начальное рассогласование между р н ць что является переходным процессом.
По окончании переходного процесса в установившемся режиме слежения рассогласования в дискриминаторе в среднем равны. нулю и экстраполятор вырабатывает оценку ц*(1) =па(1). Таким образом, одноканальный следящий измеритель (рнс. 15.15) осуществляет и поиск сигнала, н слежение за его параметром. Измеряемыми параметрами ШПС являются время задержки т н частота 11. Измеритель для двух параметров должен содер.- жать два измерителя, аналогичных следящему измерителю, представленному на рис.
15.15. Одноканальный измеритель (рис. 15.15) является наиболее простым, так как его память намного меньше базы ШПС. Например, если в качестве ШПС используется М»последовательность, то память генератора равна В,=1оп В, где  — база ШПС, что несравненно меньше памяти многоканального измерителя (15.54). Однако время поиска ШПС одноканальным измерителем значительно больше времени поиска многоканальным. измерителем. Если положить, что число различимых значений параметров равно лт (15.39), а время анализа одной ячейки составляет Т„то максимальное время поиска одноканальным измерителем составит Тп. ох 1п Та (15.58) что в т раз больше времени поиска (15.49) многоканальным обнаружителем. Среднее время поиска Т„,„=и Т,~2. (15.59) Следует отметить, что и (15.49), н (15.58) не учитывают появления ложных тревог и пропусков сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
