Цифровой согласованный обнаружитель сигналов (стр. 1 из 2)
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Анализ ТЗ
2 Линейно частотно-манипулированные сигналы
3 Согласованный фильтр
4 Моделирование
4.1 Создание ЛЧМ–сигнала и пачки состоящей из пяти импульсов
4.2 Создание согласованного фильтра и его импульсной характеристики
4.3 Прохождение через согласованный фильтр
4.4 Создание накопителя и прохождение через него
4.5 Создание детектора и прохождение через него
4.6 Создание порогового устройства и анализ полученного результата
5 Функциональная схема цифрового согласованного обнаружителя сигналов
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Основным назначением любого приемника является выделение (обнаружение) полезного сигнала или его параметров из действующей на входе приемника аддитивной смеси сигнала и помехи (шума). Среди прочих задач можно выделить задачу обнаружения полезного сигнала, она состоит в том, чтобы определить, имеется ли в действующем на входе приемника колебании полезный сигнал или оно образовано только помехой (шумом). Приемник в результате решения этой задачи должен дать ответ типа “да” или “нет”, т.е. имеется ли полезный сигнал или нет.
Обнаружение, прием и обработка сигналов производится по определенным правилам, а оптимальная решающая схема построения приемного устройства, работающего в условиях различных помех, находится методом теории статистических решений, при заданном критерии качества. Приемник с оконечными устройствами, работающими по определенным правилам, будет выдавать различные решения, одни из которых будут верными (о наличии сигнала в анализируемой смеси), а другие ошибочными.
Для решения задач обнаружения строят оптимальные приемники, в состав которых входят линейные фильтры, а именно согласованные. Выбор критерия оптимальности определяется решаемой задачей.
В данной курсовой работе входными сигналами является пачка, состоящая из линейных частотно – манипулированных (ЛЧМ) сигналов с заданными значением частоты девиации.
1 Анализ технического задания
Согласно заданию, необходимо спроектировать цифровой согласованный обнаружитель сигналов для пачки, состоящей из пяти ЛЧМ – импульсов с заданным значением частоты девиации, а именно девиация равна 1 МГц, а частота входного сигнала 4 МГц, тогда по теореме Котельникова (частота дискретизации должна быть как минимум в 2 раза больше максимальной частоты сигнала) возьмем частоту дискретизации равной 10 МГц.
Необходимо организовать согласованный прием каждого импульса, накопление, для этого используем накопитель, и детектирование сжатых сигналов, для этого используем детектор, состоящий из фильтра низких частот и устройства взятия модуля . По заданию должен осуществляться когерентный прием, то есть он происходит при следующих условиях:
· передаваемые сигналы полностью известны
· канал связи имеет известные параметры
· помеха носит аддитивный характер
· синхронизация сигналов является идеальной
Согласно этим условиям и осуществляется когерентный прием.
Так как параметры ЛЧМ - сигнала должны быть известны, то примем изначально, что фаза равна нулю.
Структуру обнаружителя можно определить следующим образом:
Рисунок 1- Структурная схема цифрового согласованного обнаружителя сигналов
2 Линейные частотно – манипулированные сигналы
Подобный сигнал изображен на рисунке 2,а, а закон изменения частоты заполнения импульса – на рисунке 2,б.
Рисунок 2 – ЛЧМ – импульс (а) и
изменение частоты его заполнения(б).
Мгновенную частоту заполнения
можно определить выражением: 
(1)где
(2)есть скорость линейного изменения частоты внутри импульса. Тогда мгновенное значение колебания, представленного на рисунке 2, а, можно записать в виде:
, 
(3)Произведение полной девиации частоты на длительность импульса
(4)является основным параметром ЛЧМ – сигнала.[1]
3 Согласованный фильтр
Оптимальный по критерию максимума отношения:
, (5)где
- возможный максимум (пика) сигнал y(nT);T – период дискретизации;
- среднеквадратичное (эффективное) значение шума линейный фильтр называется согласованным (СФ) с сигналом.Согласованный фильтр, являясь линейным, полностью описывается импульсной hСФ(nT) и частотной HСФ(ejwt) характеристиками, которые связаны между собой преобразованием Фурье:
(6)Импульсная характеристика СФ является «зеркальным отражением» согласованного с ним сигнала:
(7)Соответственно амлитудо – частотная характеристика (АЧХ) определится как модуль частотной:
(8)а фазочастотная характеристика(ФЧХ) как аргумент частотной. [2]
4 Моделирование
Моделирование будем выполнять в программной среде MATLAB 7.0. Для начала необходимо создать один ЛЧМ - сигнал, а затем сформировать из пяти таких импульсов пачку, пропустить через СФ, подать на накопитель для формирования сжатого сигнала, после чего детектировать с помощью детектора. Затеи отправить на пороговое устройство, чтобы определить наличие полезного сигнала и дать решение о том, сигнал был или нет. Рассмотрим каждый из этих этапов более подробно.
4.1 Создание ЛЧМ импульса
Исходными данными являются частота входного сигнала f0= 4МГц, девиация равна 1 МГц, это значит, что частота линейно изменяется от 3 МГц до 5 МГц. Длительность импульса равна 50 мкс.
Для того чтобы построить ЛЧМ – импульс, необходимо определить и построить закон изменения частоты. В результате получаем
, изобразим его:
Рисунок 3 – Закон изменения частоты заполнения
Построим сам импульс в соответствии с данным законом изменения частоты заполнения.
Рисунок 4 – ЛЧМ – импульс
Теперь сформируем пачку из пяти таких импульсов периодом следования Т=500 мкс и добавим в канал аддитивный шум, так как он необходим для когерентного приема. Получаем:
Рисунок 5 – Изображение шума
Рисунок 6 – ЛЧМ – импульс с шумом
Рисунок 7 – Пачка из пяти ЛЧМ – импульсов с шумом
Как видно из рисунка 5, амплитуда шума больше амплитуды сигнала, поэтому отношение С/Ш в данном случае равно 0.0683.
4.2 Создание согласованного фильтра и его импульсной характеристики
При синтезе исходим из того, что импульсная характеристика согласованного фильтра (СФ) должна представлять собой “зеркальную” копию выделяемого сигнала с обращенным во времени порядком следования отдельных позиций. Получаем:
Рисунок 8 – Изображение импульсной характеристики СФ без шума
Рисунок 9 – Изображение импульсной характеристики СФ с шумом
Все дальнейшие операции, то есть накопление и детектирование, будем производить при наличии аддитивного шума, изображенного на рисунке 5.
4.3 Прохождение через согласованный фильтр
Как было сказано выше, в канале присутствует шум.
Рисунок 10 – Реакция СФ на один ЛЧМ – импульс
4.4 Создание накопителя и прохождение через него
обнаружитель сигнал частотный фильтр
Накопитель создадим с помощью блоков повторения через период Т=500мкс, таким образом, их будет четыре, так как необходимо получить пачку из пяти импульсов, и с помощью сумматора, который суммирует их и получит сжатый сигнал . После всех этих операций получаем:
Рисунок 11 – Сигнал на выходе накопителя
4.5 Создание детектора и прохождение через него
Как было показано в структурной схеме, детектор состоит из устройства взятия модуля и ФНЧ. Для подавления лепестков сжатого сигнала используем метод взвешивания импульсной характеристики. Новая импульсная характеристика формируется по правилу:
h' (nT) = W (nt) * h (nT)
где W (nT) - весовая функция или "сглаживающее окно".
Находят применение различные типы окон, например "окно Хэмминга”:
W=0.42+0.5*cos(2*pi*n/N)+0.08*cos(4*pi*n/N); с помощью этого окна «взвесим» импульсную характеристику ФНЧ. На выходе детектора получаем следующий сигнал: