• Регистрация
Mur777
Mur777+1.12
н/д
  • Написать
  • Подписаться

Согласованная фильтрация типовых широкополосных сигналов

Изготовление аналоговых согласованных фильтров, особенно для сложных энергоёмких сигналов, сложно и не допускает перестройки их параметров.  Поэтому компьютерное моделирование, в частности в пакете прикладных программ MATLAB, позволяет изучать особенности согласованной обработки сигналов и реакцию согласованного фильтра на входное воздействие.

В публикации рассматривается опыт создания и использования програмных продуктов в среде MATLAB при проведении занятий с обучающимися по дисциплине "Радиотехнические системы".

Оптимальная временная обработка сигнала, принимаемого на фоне стационарного белого шума, сводится к вычислению корреляционного интеграла. Это выражение аналогично интегралу свёртки, который описывает реакцию  линейного фильтра с импульсной характеристикой  на принимаемый сигнал. Эта аналогия позволяет использовать для вычисления корреляционного интеграла линейный фильтр, импульсная характеристика которого согласована с ожидаемым сигналом. При приёме сигнала на фоне стационарного белого шума импульсная характеристика согласованного фильтра (СФ) зеркальна по отношению к ожидаемому сигналу. Согласованный фильтр является оптимальным устройством обработки входной реализации с точки зрения получения максимального отношения сигнал-шум.

Изготовление аналоговых согласованных фильтров, особенно для сложных энергоёмких сигналов, сложно и не допускает перестройки их параметров.  Поэтому компьютерное моделирование, в частности в пакете прикладных программ MATLAB, позволяет изучать особенности согласованной обработки сигналов и реакцию согласованного фильтра на входное воздействие. 

                       

Рис.1. Структурная схема оптималного обнаружителя сигнала со случайными параметрами

             

Практическое занятие "Согласованная фильтрация типовых широкополосных сигналов" учебной дисциплины "Радиотехнические системы" проводится методом решения задач по оценке выходного эффекта при прохождении ЛЧМ и ФКМ радиоимпульса через устройства оптимальной обработки с помощью программ.

Для обеспечения данного вида занятия были разработаны программы в ППП MATLAB с простым пользовательским интерфейсом (UI) (рис.2.). 

                   

Рис.2. Окно среды GUIDE

Ниже приведена ссылка.

https://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/about-the-simple-guide-gui-example.html

Дальнейшая компиляция продукта осуществляется с помощью встроеных приложений (рис.3).

                                                Рис.3. Окно компилятора Matlab

 

При отработке первого вопроса занятия используется программа "Имитационная модель исследования согласованной обработки ЛЧМ сигналов".

                                         

Рис.4. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ

Рис.5. Внешний вид окна программы "Имитационная модель исследования согласованной обработки ЛЧМ сигналов"

   

При рассмотрении первого вопроса особое внимание уделяется выработке у обучающихся практических умений в расчете коэффициента сжатия ЛЧМ сигнала на выходе устройства оптимальной обработки и оценке систематической ошибки измерения времени запаздывания.

В развернувшемся рабочем окне в поле «Зондирующий сигнал» вводятся параметры зондирующего сигнала. Для обработки сигнала с заданными параметрами необходимо нажать кнопку «Расчет» (рис.6).

Рис.6. К пояснению порядка работы в окне программы

   

После нажатия кнопки "Расчет" запускается процесс моделирования прохождения сигнала с заданными параметрами через согласованный фильтр.

  1. Результаты моделирования отображаются в окне программы в виде временной реализации сигнала на выходе согласованного фильтра и амплитудного детектора, а также вид сигнала во временной и частотной областях, импульсная и частотная характеристики согласованного фильтра, схема исследуемого устройства (рис. 6).
  2. Вид сигнала во временной и частотной областях на входе в согласованный фильтр и решающее устройство заносятся в рабочую тетрадь. 
  3. По полученным временным и частотным реализациям сигнала оценивается значение девиации частоты. Она может быть определена несколькими способами:
    – во временной области;
    – в частотной области.
  4. По сигналам на выходе фильтра и детектора оценивается разрешающая способность сигнала по дальности.
  5. Оценивается зависимость коэффициента сжатия и систематической ошибки измерения времени запаздывания от величины расстройки частоты сигнала и резонансной частоты согласованного фильтра. Для этого необходимо изменять с определенным шагом резонансную частоту согласованного фильтра в поле «Зондирующий сигнал» и проводить оценку длительности сигнала на выходе СФ и значения времени запаздывания, как аргумент максимума сигнала на выходе детектора (рис.7).

       

Рис.7. К пояснению эффекта сжатия сигнала и процесса измерения информативного параметра сигнала                      
  

Определение ошибки измерения времени запаздывания находится как разность между истинным временем запаздывания, которое соответствует случаю нулевой частотной расстройки и измеренным значением.

При отработке первого вопроса занятия используется программа "Имитационная модель исследования согласованной обработки ФКМ сигналов, манипулированных по коду Баркера".

                                             

Рис.8. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ

 

В ходе отработки второго вопроса занятия уделяется внимание обучающихся на форму ФКМ сигнала и величину уровня боковых лепестков на выходе устройства оптимальной обработки.

1. В развернувшемся рабочем окне во вкладке «Зондирующий сигнал» во всплывающем списке необходимо выбрать код Баркера входного (исследуемого) сигнала.

                     Рис.9. Внешний вид окна программы "Имитационная модель исследования                                согласованной обработки ФКМ сигналов,манипулированных по коду Баркера"

 

2. В окне «Значение кода импульсной характеристики» задается код импульсной характеристики согласованного фильтра.

                                  Рис.10. К пояснению порядка работы в окне программы

 

3. После нажатия кнопки «Расчёт» запускается моделирование процесса прохождения сигнала через фильтровое устройство оптимальной обработки (рис.1).   Полученные реализации входного сигнала, импульсной характеристики фильтра и сигнала на выходе СФ обучающиеся зарисовывают в рабочих тетрадях.

Рис.7. К пояснению процесса обработки ФКМ сигнала

 

4. Рассчитается коэффициент сжатия.

5. Оценивается отношение амплитуды боковых лепестков АКФ по отношению к главному.

6. В окне «Значение кода импульсной характеристики» задается значение, отличное от кода Баркера (в любом из дискрет импульсной характеристики меняется код на обратный). После процесса моделирования по графикам оценивается изменение временной структуры сигнала на выходе фильтра. Рассчитывается значение коэффициента сжатия.

7. Сравниваются значения коэффициентов сжатия, рассчитанных в пунктах 4 и 6.

8. Определяются ошибки измерения времени запаздывания при несогласованной обработке сигнала.

Таким образом,  пакет прикладных программ MATLAB позволяет создавать готовые компиляционные продукты по моделированию процесоов обработки сигналов, создавать удобный пользовательский интерфейс и самое главное - повысить качество процесса обучения. Благодаря использованию данного програмного продукта на занятии рассчитываются выходные эффекты при прохождении сложных (широкополосных) через согласованные фильтры, оцениваются значения коэффициента сжатия для различных условий рассогласования частоты принятого сигнала и резонансной частоты согласованного фильтра.

Файлы

  • lchm1215.m
  • lchm1215.fig
  • Filter.jpg
  • untitled1.m
  • untitled1.fig

Теги

    08.03.2021

    Комментарии