Лекция №17-18. Конспекты к слайдам (1186399), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Слайд 13

Осциллограммы напряжений, соответствующих одному дискрету ФКМ-импульса до и после СФ показаны на рис. 4 в.

(а)

(б)

Слайд 14

(в)

Рисунок 4– Последовательность обработки ФКМ сигнала, состоящего

из семи дискрет. Оставшаяся часть схемы работает так же, как и рассмотренные ранее.

Слайд 15

Как следует из данного рисунка, элементарные дискреты после прохождения через линию задержки с отводами складываются в фазе.

Суммарный сигнал U_∑(t) поступает в СФ τ_д, настроенный на один дискрет, где формируется максимум корреляционной функции ФКМ сигнала (рис. 4 б).

СФ представляет собой согласованный фильтр одиночного видеоимпульса длительности τ_д, при этом набор таких фильтров в одном канале дальности настроен на разные центральные частоты для обеспечения перекрытия фильтрами всего диапазона возможных доплеровских частот.

Слайд 16

2 Фильтровые схемы обработки сигналов

Для всех видов сигналов будет рассмотрен случай обработки после переноса принимаемого сигнала на нулевую частоту, таким образом, высокочастотное заполнение будет отсутствовать.

Фильтровые схемы широко применяются в современных цифровых радиолокационных устройствах, при этом устройство оптимальной обработки состоит из нескольких блоков: аналоговой, цифровой и алгоритмической.

В первом блоке осуществляется предварительная фильтрация сигналов (ограничение спектра), во втором – аналого-цифровое преобразование и в третьем – применение алгоритмов цифровой обработки сигналов.

Таким образом, в современных устройствах тяжело выделить единственный функциональный блок, выполняющий роль ОФ.

Это связано с тем, что при обработке сигналов следует учитывать не только классическую теорию оптимальной линейной фильтрации, но и особенности построения схем приема сигналов.

Важнейшая операция, осуществляемая приемником, заключается в аналого-цифровом преобразовании (АЦП).

Слайд 17

2.1 Основы аналого-цифрового преобразования

Одна из причин перехода к квазиоптимальным схемам заключается в том, что в современных радиотехнических устройствах широко используется аналогово-цифровое преобразование, когда принимаемые аналоговые сигналы заменяют совокупностью их дискретных отсчетов в соответствии с теоремой Котельникова.

Терема Котельникова заключается в том, что для безошибочного восстановления сигнала, имеющего ограниченный спектр с наибольшей частотой F_в, дискретизацию следует осуществлять с частотой F_д ≥ 2F_в.

На рисунке 5 показан процесс дискретизации видеосигнала u(t), центральная частота спектра которого равна нулю.

Из рисунка видно, что спектр дискретного сигнала периодический (рисунок 5 в).

Выполнение условий теоремы Котельникова гарантирует, что участки спектра (центральные частоты – 2F_д, – F_д 0, F_д, 2F_д) дискретного сигнала не будут перекрываться, а значит, не произойдет потери информации, содержащейся в сигнале.

Слайд 18

Рисунок 5 – Иллюстрация процесса дискретизации

Слайд 19

Пример потери информации вследствие наложения спектров показан на рисунке 6.

Рисунок 6 – Иллюстрация "наложения" спектров

Помимо дискретизации при АЦП осуществляется квантование, когда уровни сигнала u(t) могут принимать только определенные значения u[k].

Вследствие квантования происходит потеря информации, которую можно описать в виде шума квантования, который в первом приближении равномерно распределяется в полосе частот – F_д/2 … + F_д/2 (равномерный закон распределения) и характеризуется СКО σ_кв:

, (4)

где – шаг квантования.

Слайд 20

Тогда спектральная плотность мощности шума квантования P_кв(f) задается как

. (5)

Из (5) следует важный вывод: чем больше частота дискретизации, тем меньше спектральная плотность мощности шума квантования.

Данный вывод иллюстрируется рисунком 7.

Рисунок 7 – Шум квантования для разных частот дискретизации

Чем больше частота дискретизации, тем больше стоимость соответствующей микросхемы АЦП.

На сегодняшний день можно считать, что недорогие серийно выпускаемые АЦП имеют частоту дискретизации на уровне 100 МГц.

При такой частоте дискретизации возникает проблема хранения большого количества отсчетов.

Решение данной проблемы рассматривается далее.

Слайд 21

2.2 Фильтровая когерентная обработка пачки прямоугольных видеоимпульсов без внутриимпульсной модуляции

На практике в современных радиолокационных устройствах применяется фильтровая обработка.

Физический смысл фильтровой схемы заключается в том, что спектр сигнала должен быть согласован с частотной характеристикой оптимального фильтра.

Как правило, операцию свертки выполняют алгоритмически после приема сигнала и его предварительной фильтрации.

Сначала стремятся обеспечить согласование спектра входного сигнала с полосой пропускания приемного устройства.

Согласование означает фактическое равенство полезной полосы частот сигнала и полосы пропускания фильтра.

Однако вследствие минимизации ошибок квантования при цифровой обработке сигналов полоса пропускания приемного устройства, которая характеризуется частотой дискретизации АЦП, как правило, значительно превосходит полосу частот сигнала.

Слайд 22

При оптимальной обработке следует учитывать, что спектр реальных сигналов не ограничен по частоте, поэтому для выполнения условий теоремы Котельникова требуется ограничить полосу сигнала, для чего используется полосовой фильтр.

Выбор полосы пропускания полосового фильтра влияет на потери при обработке сигнала.

После фильтрации осуществляется дискретизация и квантование сигнала, а затем его оптимальная обработка.

На вход схемы оптимальной обработки поступают отсчеты квадратур сигнала с выхода квадратурного детектора:

. (6)

Как правило, для уменьшения потерь при обработке частота дискретизации в несколько раз превышает полосу сигнала.

Соответственно возрастает число отсчетов, что увеличивает вычислительные затраты при обработке.

Поэтому на практике используют операцию децимации.

Слайд 23

При децимации происходит уменьшение частоты дискретизации, за счет уменьшения числа отсчетов.

Данная операция эквивалентна уменьшению полосы частот входных сигналов.

Частота дискретизации при когерентном накоплении определяется допустимыми потерями при цифровой обработке.

При накоплении N_k отсчетов за длительность одного импульса длительности τ₀ частота прореженного сигнала f_д равна:

. (7)

Коэффициент децимации может быть определен, исходя из полосы частот сигнала ∆F:

. (8)

Слайд 24

Таким образом, дециматор представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ), полоса пропускания которого согласована с полосой полезного сигнала (рисунок 8).

Рисунок 8 – Оптимальный фильтр одиночного видеоимпульса

Как видно из рисунка, каждый выходной отсчет дециматора представляет собой скользящую сумму М входных отсчетов.

В результате на его выходе имеем в М раз меньшее количество отсчетов и новую частоту следования отсчетов f_д.

Слайд 25

При обработке пачки импульсов требуется операция накопления сигналов.

В радиолокации для реализации накопления сигналов важное значение имеют число каналов по дальности N_r и радиальной скорости N_v.

Запишем отсчеты сигналов после оптимальной фильтрации в виде

. (9)

В случае сигнала без внутриимпульсной модуляции .

Слайд 26

Логика хранения отсчетов сигнала и их обработки проиллюстрирована в Таблице 1:

Таблица 1

Представление отсчетов сигналов при пачечной обработке

Слайд 27

Одна строка Таблицы 1 представляет собой отсчеты принятого сигнала, соответствующего одному периоду следования зондирующих сигналов.

На практике удобно, что первый отсчет каждой строки соответствовал началу зондирующего сигнала.

Обработка пачки сигналов заключается во взятии дискретного преобразования Фурье (ДПФ) по столбцам сформированной Таблицы.

Далее по огибающей (модулю) отсчетов, полученных в результате N_r операций ДПФ, определяется максимум.

Характеристики

Список файлов лекций