РефератыКоммуникации и связьЦиЦифровой согласованный обнаружитель сигналов

Цифровой согласованный обнаружитель сигналов

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 н

его


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:



Рисунок 12 – Сигнал на выходе детектора


4.6 Создание порогового устройства и анализ полученного результата


Значение порога выбираем экспериментально, возьмем значение порога равным пяти, сравним возможный максимум (пик) полученного сигнала с этим порогом, при этом примем, что если полезный сигнал присутствует, то на выходе порогового устройства выдается прямоугольный импульс с амплитудой 1 на заданном интервале времени. Получаем следующий результат.



Рисунок 13 – Сигнал на выходе порогового устройства


По рисунку 13, определяем, что в канале в интервале от 48мкс до 52 мкс присутствует полезный сигнал.


Здесь продемонстрирован прием лишь при одном значении С/Ш, использовали это значение, так как оно показывает наиболее реальную ситуацию, когда шум больше сигнала. Таким образом, можно сделать вывод, сто чем больше отношения С/Ш, тем лучше будет прием сигналов.


5 Функциональная схема цифрового согласованного обнаружителя сигналов





Порог


«1»


Рисунок 14 - Функциональная схема цифрового согласованного обнаружителя сигналов


Заключение


В ходе выполнения данной курсовой работы был спроектирован цифровой согласованный обнаружитель сигналов, с помощью согласованного фильтра, накопителя, состоящего из блоков повторения через период и сумматора, детектора, состоящего из устройства взятия модуля и ФНЧ, и с помощью порогового устройства.


Была сформирована пачка из пяти ЛЧМ – импульсов , для этих импульсов были заданны длительность и периодом повторения, а также частота входного сигнала и девиация, была получена импульсная характеристика используемого согласованного фильтра.


Согласно заданию было необходимо организовать согласованный прием каждого импульса, что и было сделано с помощью среды моделирования MATLAB.


Приложение 1 : Текст написанной программы


clc;


clear all;


Fd=10; % Частота дискретизации, МГц


f0=4; % Частота сигнала, МГц


t=0:1/Fd:2500; % время в микросекундах


T=1/Fd; % период дискретизации


f=0.04*t+3;%построим закон изменения частоты


figure (1);


plot (t(1:500),f(1:500));


grid on;


xlabel('time,microsec');


ylabel ('frequency,MegaHz');


title('Zakon izmenenyia');


% создание шума


Noise=randn(1,25001);


figure (2); % вывод на экран изображение шума


plot (t(1:25000),Noise (1:25000));


xlabel ('Time, microsec');


ylabel ('Amplitude, V');


grid on;


title ('Noise');


% % создание ЛЧМ-импульса


S=cos(2*pi*(0.04*t+3).*t)+ Noise;


% S=cos(2*pi*(0.04*t+3).*t)


figure (3);


plot(t(1:500),S(1:500));


grid on;


xlabel('time, microsec');


ylabel ('amplitude, V');


title('Signal')


% создаем соглаcованный фильтр


for q=1:1:500


h_SF(q)=S(501-q);


end


figure (4);


plot (t(1:500),h_SF(1:500));


grid on;


xlabel('frequency,MegaHz');


ylabel ('amplitude, V');


title('Impulse haracneristic')


% реакция согласованного фильтра на один ЛЧМ-импульс


ReactionSF1=filter (h_SF,1,S)./(0.5*50*10);


figure (5); % вывод на экран реакции


plot (t(1:1000),ReactionSF1(1:1000));


grid on;


xlabel('time, microsec');


ylabel ('amplitude, V');


title('Reaction for 1 imp');


% создание пачки из 5 ЛЧМ-импульсов


P=zeros(1,25000);


for i=1:5000:25000


P(i+1:i+500) = S(1:500);


end


figure(6);


plot(t(1:25000),P(1:25000));


grid on;


xlabel('time, microsec');


ylabel ('amplitude, V');


% Вычисляем уровень сигналшум


Noise_v_kv = power (Noise,2);


z=trapz(t,Noise_v_kv); % вычисление среднеквадратичного значения шума


P_N=max(abs(P))./sqrt(z);


disp (P_N);


% формируем накопитель


for q=1:1:500;


for i=1:5000:25000;


h_1(q) = P((501-q)+i);


end


end


ReactionSF = filter(h_1,1,P)./(0.5*50*10);


figure (7);


plot(t(1:25000),ReactionSF(1:25000));


grid on;


xlabel ('time, microsec');


ylabel ('amplitude, V');


title('Reaction for 5 imp');


for i = 5000:5000:25000


Reaction=ReactionSF(1:1000)+ReactionSF(i+1:i+1000);


figure (8);


plot(t(1:1000),Reaction(1:1000));


grid on;


xlabel ('time, microsec');


ylabel ('amplitude');


title('On exit of nakopitel')


%создание детектора


reaction=abs(Reaction);


figure (9);


plot(t(1:1000),reaction(1:1000));


%создание ФНЧ, входящего в состав детектора


N =10;


f1=0.2; f2=0.3;


f0=(f1+f2)/2;


d1=3; d2=50;


n = -(N-1)/2:1:(N-1)/2; %отсчеты


N0=(f2-f1)/2;


Hn =sin(f0*2*pi*n)./(n*pi); %задание ИХ


[H,w]=freqz(Hn,1,1024);% АЧХ фильтра


W1=HAMMING(N)'; % применяем окно в качестве взвешивающей функции


[Hw1,ww1]=freqz(W1,1,1024); % часть характеристики окна


h1=Hn.*W1;


[H1,w1]=freqz(h1,1,1024);


F_h=filter(h1,1,reaction);


figure(10);


plot(t(1:1000),F_h(1:1000));


grid on;


xlabel ('Time, microsec')


ylabel ('Amplitude');


title('On exit of detector');


% пороговое устройство


priem=zeros (1, 1000);


if max (reaction)> 2; % порог


priem(480:520) = 1;% max (vuhod_modul);


disp('сигнал был');% вывод на экран


end


figure (11);


plot(t(1:1000),priem(1:1000));


grid on;


xlabel ('Time, microsec');


ylabel ('Amplitude, V');


title ('Priem');

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Цифровой согласованный обнаружитель сигналов

Слов:1642
Символов:15330
Размер:29.94 Кб.