Педагогическая копилка_физика

Введение

Радиолокацией называется совокупность методов и технических средств, предназначенных для обнаружения различных объектов в пространстве, измерения их координат и параметров движения посредством приема и анализа электромагнитных волн, излучаемых или переизлучаемых объектами.
Радиолокация как научно-техническое направление в радиотехнике зародилась в 30-х годах. Достижения авиационной техники обусловили необходимость разработки новых средств обнаружения самолетов, обладающих высокими характеристиками (дальностью, точностью). Такими средствами оказались радиолокационные системы.
Получение информации в радиолокации сопряжено с наблюдением некоторой области пространства. Технические средства, с помощью которых ведется радиолокационное наблюдение, называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами; а наблюдаемые объекты радиолокационными целями. Типичными целями являются самолеты, ракеты, корабли, наземные инженерные сооружения и т. п.
В радиолокации наиболее часто измеряются дальность между целью и РЛС, угловые координаты (азимут, угол места) и радиальная, относительно радиолокатора, составляющая скорости движения. (Азимут - это угол между направлением на цель и северным направлением, измеренный в горизонтальной плоскости. Угол места измеряется между вектором наклонной дальности и его проекцией на горизонтальную плоскость.) В задачу радиолокационного наблюдения в некоторых случаях входит также идентификация (распознавание) целей.
Системы радиолокации практически всегда входит в состав более сложных суперсистем. Эти суперсистемы имеют важное военное и народнохозяйственное значение и находят разнообразное применение: для управления воздушным движением, в навигации самолетов, кораблей, в геофизических и астрофизических исследованиях и др.
Системы радиолокации составляют информационную часть таких суперсистем и функционируют совместно и во взаимной связи с другими подсистемами суперсистемы (радионавигации, радиоуправления, передачи информации).
Разведка радиоэлектронных средств

Радиоразведка возникла во время первой мировой войны как разведка средств радиосвязи, а затем распространилась на радиолокацию, радиоуправление и другую радиоэлектронную технику, излучающую электромагнитные волны. Разведывательная аппаратура должна определять направление на источник радиоизлучения и параметры радиосигнала: несущую частоту и параметры модулирующего сигнала. В состав разведывательной аппаратуры обязательно входят: приемник, анализатор сигналов и устройство индикации. В дальнейшем будем называть эту аппаратуру разведывательным приемником.
Современные радиоэлектронные устройства работают в широком диапазоне волн: от длинных радиоволн до инфракрасного излучения. Невозможно разработать компактную аппаратуру, позволяющую проводить радиоразведку во всем диапазоне волн, используемых радиоэлектронными средствами. Поэтому разведывательный приемник разрабатывается для определенного диапазона радиоволн. Например, разведывательные приемники, применявшиеся во время второй мировой войны в авиации США, работали в следующих диапазонах радиоволн:

AN/ARQ-8 в диапазоне от 25 до 100 МГц,
AN/APR-4 в диапазоне от 40 до 3000 МГц,
AN/APR-5 в диапазоне от 1000 до 3100 МГц,
AN/APR-8 в диапазоне от 300 до 6000 МГц.

Что такое частота сигнала?
Для передачи любого радиосигнала требуется некоторая область частот. Например, для передачи синусоидального сигнала бесконечной длительности, имеющего частоту f0, требуется бесконечно малая полоса частот вблизи частоты f0. Если синусоидальный сигнал, частота которого равна f0, имеет конечную длительность (, то он занимает конечную полосу частот. Эта полоса примерно равна 1/(. Полосу частот, занимаемых сигналом, называют шириной спектра (f, а центральную частоту спектра несущей частотой f0. Этими терминами мы дальше и будем пользоваться.
Применяемый в радиолокации импульсный радиосигнал имеет малую длительность. В РЛС метрового диапазона длительность импульса составляет несколько микросекунд, а в станциях сантиметрового диапазона – десятые доли микросекунды. Примем длительность импульса ( = 0,1 мкс, тогда ширина спектра (f = 1/( = 1/(0,1*10-6) = 10 МГц. Сравнив эту величину с диапазоном частот разведывательных приемников, приведенных для примера выше, отметим главную особенность разведывательных приемников: диапазон частот, в котором нужно найти сигнал, на несколько порядков превышает ширину спектра сигнала.
Как можно произвести поиск сигнала?
На рисунке ниже показан спектр радиосигнала (f0 – центральная частота, равная частоте синусоидальной несущей; (f – ширина спектра).











Если взять полосу пропускания приемника равной диапазону частот, в котором производится разведка (на рисунке – Широкополосный приемник), то сигнал в принципе обнаружить можно (если не учитывать что сигнал может потеряться в шумах приемника, так их мощность тем больше, чем шире полоса пропускания приемника), но измерить его параметры, например, центральную частоту, нельзя.
Для измерения частоты необходим приемник, полоса пропускания которого соизмерима с шириной спектра радиосигнала. В этом случае возможны два варианта построения разведывательного приемника.
Первый вариант – многоканальный приемник. Он состоит из N идентичных приемников (каналов) с узкой полосой пропускания, настроенных каждый на свою частоту и перекрывающих весь разведываемый диапазон. На рисунке выше для примера показаны частотные характеристики каждого из каналов 9-иканального приемника. Центральная частота сигнала определяется по номеру канала, на выходе которого появляется сигнал. Достоинство такого варианта построения разведывательного приемника – минимальное время обнаружения радиосигнала и определения его частоты. Недостаток – громоздкость устройства, так как реально число каналов должно быть порядка сотен или тысяч.
Второй вариант – перестраиваемый приемник. В данном случае используется один приемник с узкой полосой пропускания, настройка которого периодически изменяется, и его частотная характеристика плавно перемещается от одной границы диапазона до другой (На рисунке – от положения 1 до положения 9). Частота сигнала определяется по моменту времени, когда напряжение на выходе приемника будет максимальным. Схема поискового разведывательного приемника проста, но время обнаружения сигнала велико.
Но из-за простоты в большинстве случаев отдается предпочтение именно этому варианту.
Как строится разведывательный приемник?
Основная задача, которую приходится решать при построении аппаратуры разведки, – это обеспечение быстрого обнаружения сигнала и измерения его параметров (главным образом, центральной частоты и, возможно, ширины спектра). Ее решение связано с наиболее целесообразным разделением всего диапазона частот на отдельные поддиапазоны. Рассмотрим кратко, с какими трудностями приходится встречаться при решении этой задачи, ограничившись только радиолокационной разведкой.
С учетом конкретных условий применения разведывательной аппаратуры общий диапазон волн разведки может быть сокращен по тактическим соображениям – в зависимости от того, для разведки каких источников радиоизлучений предназначена аппаратура. Например, если аппаратура предназначена для разведки самолетных РЛС, то диапазон частот можно ограничить миллиметровыми и сантиметровыми волнами, так как на более длинных волнах потребуются антенны больших размеров, что на борту самолета позволить нельзя. Если аппаратура предназначена для обнаружения работы станций дальнего обнаружения, очевидно, можно ограничиться дециметровыми и метровыми волнами, на которых обычно работают эти станции.
После выбора диапазона его приходится делить на поддиапазоны. При этом стремятся получить наименьшее число поддиапазонов с целью сокращения объема аппаратуры. Обычно стараются сделать так, чтобы участки диапазонов, в которых работают наиболее широко применяемые радиолокационные станции противника, не попадали на границы поддиапазонов.
С уменьшением числа поддиапазонов каждый из них расширяется. Чем шире поддиапазон, тем, естественно, больше время перестройки (для перестраиваемых приемников). Поэтому при разработке разведывательной аппаратуры приходится выбирать, исходя из ее тактического применения, наиболее приемлемые компромиссные решения.
2. Одночастотные когерентно - импульсные РЛС

При когерентных методах непрерывного излучения в качестве опорного сигнала можно использовать сигнал генератора высокой частоты. В когерентно - импульсном методе такой возможности нет, ибо генератор радиочастоты работает в импульсном режиме. Таким образом, в паузе между зондирующими импульсами необходим дополнительный источник опорного сигнала. Для этого обычно применяется когерентный генератор или гетеродин, работающий в режиме фазовой синхронизации с генератором радиочастоты.
Структурная схема когерентно-импульсной РЛС показана на рис. 1. На выходе детектора (Д) образуются биения отраженного и опорного сигналов когерентного гетеродина (КГ). Однако сигнал U2 имеет импульсный характер, поэтому даже при непрерывном опорном сигнале когерентного гетеродина биения возникают лишь во время существования отраженного сигнала.





Рис. 1. Структурная схема когерентно-импульсной РЛС

Рассматривая только выходное напряжение детектора, которое после фильтрации является чисто импульсным, можно получить следующие зависимости [1] для сигналов движущейся и неподвижной целей:

(1.1)

(1.2)
где


сигнал неподвижной цели; Um дц - амплитуда сигнала движущейся цели; М = Um дц /Um2 нц - коэффициент модуляции сигнала биений.
Формулы (1.1) и (1.2) дают последовательности модулированных по амплитуде видеоимпульсов, спектральный состав которых показан на рис. 2.











Рис. 2. Спектральный состав видеоимпульсов на выходе детектора

Сравнивая импульсы движущихся и неподвижных целей, можно сделать заключение, что основным отличием временных функций, соответствующих этим последовательностям, будет наличие переменной составляющей в сигнале движущейся цели. Переходя к спектральным представлениям, можно утверждать, что спектр немодулированных видеоимпульсов, соответствующих функции времени f1(t), будет состоять лишь из гармоник частоты повторения (рис. 2, а). Спектр знакопеременной последовательности модулированных видеоимпульсов, соответствующих функции времени f2(t), будет состоять из гармоник nFп ± Fм (рис. 2 б). Наконец, спектр последовательности видеоимпульсов, соответствующих функции времени f((t)= f1(t)+ f2(t), будет состоять из гармоник nFп и nFп ± Fм (рис. 2 в).
Следовательно, для селекции движущихся целей необходимо компенсировать на выходе элемента сравнения импульсные последовательности с постоянной амплитудой или подавлять в спектре сигнала после элемента сравнения все гармоники частоты повторения nFп.
Однако при построении устройств селекции движущихся целей в когерентно-импульсных РЛС следует учитывать наличие так называемого стробоскопического эффекта.
Запишем выражение (1.2) с учетом фильтрации постоянной составляющей:


Очевидно, что это выражение будет однозначной функцией п только в пределах однозначности функции косинуса его аргумента. Поэтому можно считать, что для однозначной связи Umб и n необходимо, чтобы



Это соотношение должно выполняться для любого п. Поэтому, полагая п = 2, получаем пределы однозначного соответствия частоты биений импульсной последовательности частоте Доплера


При увеличении fд > Fп/2 за счет периодичности косинуса получаем периодическое повторение указанного соответствия.
На рис. 3 показана зависимость частоты биений от частоты Доплера. Видно, что в случае, когда частота Доплера кратна частоте повторения, последовательность импульсов оказывается немодулированной, так как fб =0.




Рис. 3. Зависимость частоты биений от частоты Доплера

С учетом этого и выражение для значения частоты Доплера получаем


Таким образом, модуляция импульсов движущейся цели отсутствует, а следовательно, сигналы движущейся и неподвижной целей при радиальных скоростях, удовлетворяющих условию (1.3), не различаются. Эти скорости называются «слепыми». Цель, двигающаяся с одной из «слепых» скоростей, за период повторения приближается или удаляется от радиолокатора на расстояние, кратное целому числу половины длины волны несущего колебания радиолокатора. При этом разность фаз прямого и отраженного сигналов за период повторения будет изменяться на величину, кратную 2(.
Способ построения когерентно-импульсных систем селекции выбирается в зависимости от соотношения параметров импульсной модуляции. Обычно различают когерентно-импульсные РЛС, работающие в режимах малой и высокой скважности. Естественно, граница разделения весьма условна и соответствует значению скважности Q = 10. При Q < 10 имеем режим малой скважности, а при Q > 10 - большой скважности [1].
Основным преимуществом когерентно-импульсной РЛС, работающей в режиме высокой скважности, является высокая разрешающая способность по дальности.
Различают истинно когерентные и псевдокогерентные РЛС, которые часто называют также когерентными РЛС селекции движущихся целей. Различие этих систем заключается в способе построения передающего






Рис. 4. Структурная схемы истинно когерентной РЛС высокой скважности

устройства и способе получения опорного когерентного напряжения, что приводит к различному интервалу когерентности сигналов РЛС.
На рис. 4 приведен пример схемы истинно когерентной РЛС высокой скважности. Передатчик построен по многокаскадному принципу. Стабильные колебания задающего генератора промежуточной частоты (ГПЧ) умножаются по частоте и усиливаются в усилителе мощности (УМ). Одновременно в этом же каскаде происходит импульсная модуляция сигнала с высокой скважностью и частотой повторения, зависящей от модулятора (М). С помощью второго умножителя частоты (УМЧ), на который подаются колебания задающего генератора промежуточной частоты, формируется гетеродинный сигнал, используемый для преобразования частоты принимаемых сигналов в смесителе приемника. Усиленные в УПЧ сигналы сравниваются с опорным колебанием генератора промежуточной частоты на фазовом детекторе (ФД).







Рис. 5. Спектры сигналов на входе, выходе РГФ и его АЧХ

Сигнал биений в виде модулированной или немодулированной последовательности видеоимпульса подается на режекторный гребенчатый фильтр (РГФ), который селектирует сигналы движущихся целей и подавляет все составляющие частоты повторения. После усиления сигналы движущихся целей подаются на индикатор кругового обзора (ИКО), где и происходит их обнаружение. На рис. 5 показаны спектры сигналов на входе и выходе РГФ, а также амплитудно-частотная характеристика этого фильтра.
На рис. 6 приведен пример схемы псевдокогерентной РЛС, работающей в режиме высокой скважности. При таком построении используются однокаскадные передатчики. Генератор радиочастоты (ГРЧ) работает в режиме самовозбуждения при модуляции импульсами высокой скважности. Опорный когерентный сигнал формируется КГ, который синхронизируется по фазе импульсами генератора радиочастоты, предварительно преобразованными на промежуточную частоту, так как когерентный гетеродин работает на промежуточной частоте. Принятые сигналы сравниваются с опорным также на промежуточной частоте в фазовом детекторе (ФД).






Рис. 6. Схема псевдокогерентной РЛС высокой скважности
импульс детектор радиоэлектронный
Особенностью псевдокогерентных РЛС является малый интервал когерентности сигнала, равный одному периоду повторения. Это объясняется тем, что колебания генератора радиочастоты имеют случайную начальную фазу от импульса к импульсу или от периода к периоду повторения Следовательно, спектр таких импульсов является сплошным. Поэтому фазовая синхронизация осуществляется импульсом ГРЧ в начале каждого периода повторения и когерентность колебаний ГРЧ и опорного сигнала КГ сохраняется лишь на этот период повторения. То же повторяется и в каждом следующем периоде. В двух соседних периодах или в двух любых периодах повторения когерентность колебаний отсутствует, поэтому РЛС и называется псевдокогерентной.
Заключение

Радиолокация представляет собой средство расширения возможностей человека определять наличие и положение объектов за счет использования явлений отражения радиоволн этими объектами. Ее ближайшим конкурентом при выполнении этих функций является оптическая техника, включающая телескопы, которые обладают высокой точностью и обычно имеют фотографические регистрирующие устройства. Преимущество радиолокационных средств по сравнению с оптическими состоит в том, что радиолокационные устройства могут работать в темноте и сквозь облака, обладают большой дальностью действия и позволяют определять дальность до объекта со значительно большей точностью, нежели оптические устройства. Хотя световые волны также являются электромагнитными, но в радиолокации частота их намного ниже. Это позволяет применять радиотехнические методы и схемы.
Развитие радиолокации явилось важной частью технической революции двадцатого века. Военная техника, использующая принципы радиолокации, впервые была создана перед самым началом второй мировой войны; с этого времени наблюдается быстрый и непрерывный прогресс в указанной области.
Список литературы

Перминов И.Г. «Физические основы получения информации». 2006 год.
Артамонов В.М. «Электроавтоматика судовых и самолетных радиолокационных станций». 1962 год.
Современная радиолокация. Анализ, расчет и проектирование. Под редакцией Кобзарева Ю.В., М., Сов.радио, 1969г.-704стр.
Дулевич В.Е. Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1978г. – 608стр.
Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1970г. – 560стр.
Реферат: Анализ радиосигналов и расчет характеристик оптимальных согласованных фильтров
Министерство общего и профессионального образования РоссийскойФедерации
УГТУ-УПИ имени С.М. Кирова
кафедра
Теоретические основы радиотехники
АНАЛИЗ РАДИОСИГНАЛОВ И РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИМАЛЬНЫХСОГЛАСОВАННЫХ ФИЛЬТРОВ
КУРСОВОй ПРОЕКТ

ЕКАТЕРИНБУРГ 2001 год

/>Содержание
 
Реферат
Введение
Расчёт акф заданного сигнала
Расчёт спектральной плотности и энергетического спектра
Расчёт импульсной реакции и рекомендации к построениюсогласованного фильтра
Заключение
Перечень условных обозначений
Библиографический список
Реферат
Информация ценилась всегда, а сразвитием человечества информации становится все больше и больше. Информационныепотоки превратились в огромные реки.
В связи с этим возниклонесколько проблем передачи информации.
Информацию всегда ценили за еедостоверность и полноту поэтому ведется борьба за передачу ее без потерь иискажения. С еще одной проблемой при выборе оптимального сигнала.
Все это переносится и на радиотехникугде разрабатываются приемные передающее и обрабатывающие эти сигналы. Скоростьи сложность предаваемых сигналов постоянно усложняется оборудование.
Для получения и закреплениязнаний по обработке простейших сигналов в учебном курсе есть практическоезадание.
В данной курсовой работерассматривается прямоугольная когерентная пачка, состоящая из N трапецеидальных(длительность вершины равна одной третьей длительности основания) радиоимпульсов,где:
а) несущая частота,1,11МГц
б) длительность импульса (длительностьоснования),15мкс
в) частота следования,11.2 кГц
г) число импульсов в пачке,9
Для заданного типа сигналанеобходимо произвести (привести):
Расчёт АКФ
Расчет спектра амплитуд иэнергетического спектра
Расчет импульснойхарактеристики, согласованного фильтра
Рекомендации по построениюсогласованного фильтра.
Спектральная плотность естькоэффициент пропорциональности между длиной малого интервала частот Df и отвечающей ему комплекснойамплитудой гармонического сигнала DAс частотой f0.
Спектральное представлениесигналов открывает прямой путь к анализу прохождению сигналов через широкийкласс радиотехнических цепей, устройств и систем.
Энергетический спектр полезендля получения различных инженерных оценок, устанавливающих реальную ширинуспектра того или иного сигнала. Для количественного определения степени отличиясигнала U (t) и его смещенной во времени копии U (t-t)принято вводить АКФ.
Зафиксируем произвольный моментвремени /> и постараемся так выбратьфункцию />, чтобы величина /> достигала максимальновозможного значения. Если такая функция действительно существует, то отвечающийей линейный фильтр называют согласованным фильтром.
/>Введение
Курсовая работа позаключительной части предмета «Теория радиотехнических сигналов и цепей»охватывает разделы курса, посвященного основам теории сигналов и их оптимальнойлинейной фильтрации.
Целями работы являются:
изучение временных испектральных характеристик импульсных радиосигналов, применяемых врадиолокации, радионавигации, радио телеметрии и смежных областях;
приобретение навыков по расчетуи анализу корреляционных и спектральных характеристик детерминированныхсигналов (автокорреляционных функций, спектров амплитуд и энергетическихспектров).
В курсовой работе для заданноготипа сигнала необходимо произвести:
Расчет АКФ.
Расчет спектра амплитуд иэнергетического спектра.
Импульсной характеристикисогласованного фильтра.
В данной курсовой работерассматривается прямоугольная когерентная пачка трапецеидальных радиоимпульсов.
Параметры сигнала:
несущая частота (частота радиозаполнения),1,11МГц
длительность импульсов, (длительностьоснования) 15 мкс
частота следования,11,2 кГц
число импульсов в пачке,9
Автокорреляционная функция (АКФ)сигнала U (t) служит для количественного определения степени отличиясигнала U (t) и его смещённой во времени копии /> (0.1) и при t = 0 АКФ становится равной энергиисигнала. АКФ обладает простейшими свойствами:
свойство чётности:
/> т.е. KU(t) =KU (-t).
при любом значении временногосдвига t модуль АКФ непревосходитэнергии сигнала: ЅKU(t) ЅЈKU(), что вытекает из неравенства Коши Буняковского.
Итак, АКФ представляетсясимметричной кривой с центральным максимумом, который всегда положителен, а внашем случае АКФ имеет ещё и колебательный характер. Необходимо отметить, чтоАКФ имеет связь с энергетическим спектром сигнала: />; (0.2) где ЅG (w) Ѕ/> квадрат модуляспектральной плотности. Поэтому можно оценивать корреляционные свойствасигналов, исходя из распределения их энергии по спектру. Чем шире полоса частотсигнала, тем уже основной лепесток автокорреляционной функции и тем совершеннеесигнал с точки зрения возможности точного измерения момента его начала.
Часто удобнее вначале получитьавтокорреляционую функцию, а затем, используя преобразование Фурье, найтиэнергетический спектр сигнала. Энергетический спектр представляет собойзависимость ЅG (w) Ѕ/> от частоты.
Согласованные же с сигналомфильтры обладают следующими свойствами:
Сигнал на выходе согласованногофильтра и функция корреляции выходного шума имеют вид автокорреляционнойфункции полезного входного сигнала.
Среди всех линейных фильтровсогласованный фильтр даёт на выходе максимальное отношение пикового значениясигнала к среднеквадратичному значению шума.
/> 
/>Расчёт акф заданногосигнала
/>
Рис.1. Прямоугольная когерентная пачка трапецеидальныхрадиоимпульсов
В нашем случае сигнал представляетсобой прямоугольную пачку трапецеидальных (длительность вершины равна однойтретьей длительности основания) радиоимпульсов (см. рис 1) в которойчисло импульсов N=9, а длительность импульса Ti=15 мкс.
/>
Рис.2. Сдвиг копии огибающей сигнала
S3(t)
 
S2(t)
 
S1(t)
  Период следования импульсов в пачке Tip » 89,286 мкс., поэтому скважность q = Tip/Ti= 5,952. Для расчёта АКФ воспользуемся формулой (0.1) и графическимпредставлением смещённой по времени копии сигнала на примере одноготрапецеидального импульса (огибающей). Для этого обратимся к рисунку 2. Длярасчёта главного лепестка АКФ огибающей сигнала (трапеции) рассмотрим трипромежутка:
Для величины сдвига Tпринадлежащего промежутку от нуля до одной третьей длительности импульсанеобходимо решить интеграл:
/>
Решая этот интеграл, получаем выражение для главноголепестка АКФ данного сдвига копии огибающей сигнала:
/>
Для T принадлежащего промежуткуот одной третьей до двух третьих длительности импульса получаем следующийинтеграл:
/>
Решая его, получаем:
/>/>
Для Т, принадлежащего промежуткуот двух третьих длительности импульса до длительности импульса интеграл, имеетвид:
/>
Поэтому в результате решенияимеем:
С учётом свойства симметрии (чётности)АКФ (смотрите введение) и соотношения, связывающего АКФ радиосигнала и АКФ егокомплексной огибающей: /> имеемфункции для главного лепестка АКФ огибающей ko (T) радиоимпульса и АКФрадиоимпульса Ks (T):
/>
/>
в которых, входящие функции,имеют вид:
Таким образом, на рисунке 3 изображёнглавный лепесток АКФ радиоимпульса и его огибающей, т.е. когда в результатесдвига копии сигнала, когда участвуют все 9 импульсов пачки, т.е. N = 9.
Видно, что АКФ радиоимпульсаимеет колебательный характер, но в центре обязательно максимум. При дальнейшемсдвиге число пересекающихся импульсов сигнала и его копии будет уменьшаться наединицу, а, следовательно, и амплитуда через каждый период следования Tip= 89,286 мкс.
Поэтому, окончательно АКФ будутиметь вид как на рисунке 4 (16 лепестков, отличающихся от главноготолько амплитудами) с учётом того, что на этом рисунке Т=Tip.:
/>
Рис. 3. АКФ главного лепестка радиоимпульса и его огибающей
 
/>
Рис. 4. АКФ Прямоугольной когерентной пачки трапецеидальныхрадиоимпульсов
 
/>
Рис. 5. Огибающая пачки радиоимпульсов.
/>Расчёт спектральнойплотности и энергетического спектра
/>
Для расчёта спектральнойплотности воспользуемся, как и при расчётах АКФ, функциями огибающейрадиосигнала (смотрите рис.2), которые имеют вид:
/>
и преобразованием Фурье дляполучения спектральных функций, которые с учётом пределов интегрирования дляn-го импульса будут рассчитываться по формулам:
/>
для огибающей радиоимпульса и:
для радиоимпульса соответственно.
Далее вычисляем спектральнуюплотность огибающей радиосигнала для всех N импульсов в соответствии свыражением:
/>
/>
График этой функции представленна (рис.5).
на рисунке для наглядностирассмотрен разный частотный диапазон
/>
Рис. 6. Спектральная плотность огибающей радиосигнала.
 
Как и ожидалось, главныймаксимум расположен в центре, т.е. при частоте w=0.
Энергетический же спектр равенквадрату спектральной плотности />ипоэтому график спектра имеет вид как на (рис 6) т.е. очень похож награфик спектральной плотности:
/>
Рис. 7. Энергетический спектр огибающей радиосигнала.
Вид спектральной плотности длярадиосигнала будет иной, поскольку вместо одного максимума при w = 0 будет наблюдаться два максимума при w = ±wо, т.е. спектр видеоимпульса (огибающейрадиосигнала) переносится в область высоких частот с уменьшением вдвоеабсолютного значения максимумов (см. рис.7). Вид энергетического жеспектра радиосигнала будет так же очень похож на вид спектральной плотностирадиосигнала, т.е. тоже будет осуществлён перенос спектра в область высокихчастот и так же будет наблюдаться два максимума (см. рис.8).
 
/>
/>
Рис. 8. Спектральная плотность пачки радиоимпульсов.
/>
Рис. 9.
/>Расчёт импульснойреакции и рекомендации к построению согласованного фильтра
Как известно, наряду с полезнымсигналом, зачастую присутствуют шумы и поэтому при слабом полезном сигналеиногда трудно определить есть полезный сигнал или нет.
Для приёма сигнала сдвинутого вовремени />на фоне белого гауссовскогошума (белый гауссовский шум «БГС» имеет равномерную плотностьраспределения) n (t) т.е. y (t) = />+n (t), отношение правдоподобия при приёме сигнала известной формы имеет вид:
/>
где No  спектральная плотностьшума.
Поэтому приходим к выводу, чтооптимальная обработка принимаемых данных суть корреляционный интеграл
/>
Полученная функция представляетсобой ту существенную операцию, которую следует выполнить над наблюдаемымсигналом с тем, чтобы оптимальным (с позиции критерия минимума среднего риска) образомпринять решение о наличии или отсутствии полезного сигнала.
Не вызывает сомнений тот факт,что данная операция может быть реализована линейным фильтром.
Действительно, сигнал на выходефильтра с импульсной характеристикой g (t) имеет вид:
/>
Как видно, при выполненииусловия g (r-x) = KЧS (r-t) эти выражения эквивалентны и тогдапосле замены t = r-x получаем:
/>
где К  постоянная, а to  фиксированное время, при котором наблюдается выходной сигнал.
Фильтр с такой импульснойхарактеристикой g (t) (смотрите выше) называется согласованным.
Для того чтобы определитьимпульсную характеристику необходимо сигнал S (t) сместить наtовлево, т.е. получим функцию S (tо + t), а функцию S (tо t) получитьпутём зеркального отображения сигнала относительно оси координат, т.е. импульснаяхарактеристика согласованного фильтра будет равна входному сигналу, и при этомполучаем на выходе согласованного фильтра максимальное отношение «сигнал-шум».
/> />  При нашем входном сигнале для построения такого фильтра необходимо сначаласоздать звено формирования одного трапецеидального импульса схема, которогоизображена на (рис.9).
 
Рис. 10. Звено формирования радиоимпульса с заданнойогибающей.
 
На вход звена формированиярадиоимпульса с заданной огибающей (см. рис.9), подаётся сигнал огибающейрадиосигнала (в нашем случае трапеция).
В колебательном звенеформируется гармонический сигнал с несущей частотой wо (в нашем случае 1,11МГц), поэтому на выходе этого звена имеемгармонический сигнал с частотой wо.
С выхода колебательного звенасигнал подаётся на сумматор и на звено линии задержки сигнала на Ti (в нашемслучае Ti =15 мкс), а с выхода звена задержки сигнал подаётся на фазовращатель(он нужен для того чтобы после окончания импульса отсутствовал радиосигнал навыходе сумматора).
После фазовращателя сигнал тожеподаётся на сумматор. На выходе сумматора, наконец, имеем трапецеидальныерадиоимпульсы с частотой радиозаполнения wот.е. сигнал g (t).
/> />  Поскольку нам необходимо получить когерентную пачку из 9 трапецеидальныхвидеоимпульсов то необходимо сигнал g (t) подать на звено формирования такойпачки схема, которой имеет вид как на (рис 10):
 
Рис. 11. Звено формирования когерентной пачки.
На вход звена формированиякогерентной пачки подаётся сигнал g (t), который представляет собойтрапецеидальный радиоимпульс (или последовательность трапецеидальныхрадиоимпульсов).
Далее сигнал идёт на сумматор ина блок задержки, в котором реализуется задержка входного сигнала на периодследования импульсов в пачке Tip умноженный на номер импульса минусединица, т.е. (N-1), а с выходабока задержки снова на сумматор.
Таким образом, на выходе звенаформирования когерентной пачки (т.е. на выходе сумматора) имеем прямоугольнуюкогерентную пачку трапецеидальных радиоимпульсов, что и требовалось реализовать.
/>Заключение
В ходе работы были проведенысоответствующие расчеты и построены графики по ним можно судить о сложностиобработки сигналов. Для упрощения математический расчет проводился пакетах MathCAD 7.0 и MathCAD 8.0. Даннаяработа является необходимой частью учебного курса, чтобы студенты имелипредставления об особенностях применении различных импульсных радиосигналов врадиолокации, радионавигации и радио телеметрии, а также могли спроектироватьоптимальный фильтр тем самым, внеся свой скромный вклад в “борьбе" заинформацию.
/>Перечень условныхобозначений
 
wо частота радиозаполнения;
w  частота
Т, (t)  временной сдвиг;
Тi длительностьрадиоимпульса;
Tip периодследования радиоимпульсов в пачке;
N числорадиоимпульсов в пачке;
t время;
/>Библиографический список
1.  Баскаков С.И. «Радиотехническиецепи и сигналы: Учебник для вузов по спец. „Радиотехника“».- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1988 448 с.: ил.
2.  «АНАЛИЗ РАДИОСИГНАЛОВ И РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИМАЛЬНЫХСОГЛАСОВАННЫХ ФИЛЬТРОВ: Методические указания к курсовой работе по курсу „Теориярадиотехнических сигналов и цепей“»/ Киберниченко В.Г., Дороинский Л.Г.,Свердловск: УПИ 1992.40 с.
3.  «Усилительные устройства»: Учеб: пособие для вузов. М.: Радиои связь, 1989. 400 с.: ил.
4.  Букингем М. «Шумы в электронных приборах и системах»/ Пер. сангл. М.: Мир, 1986









1



Спектр
радиосигнала

Широкополосный приемник

f

f

1

2

3

4

5

6

7

8

9

f

f

Многоканальный приемник

Перестраиваемый приемник

f0

(f

1

9

М

КГ

ГРЧ

Д

У

ППП

U1

U2



Еђ Заголовок 1Еђ Заголовок 2Еђ Заголовок 315

Приложенные файлы


Добавить комментарий