|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Из рассмотренных типовых структурных схем радиотехнической аппаратуры обработки сигналов видно, что наиболее широко распространенными ее узлами являются следующие: устройства поиска и обнаружения сигналов, выполняющие операцию предварительной грубой фиксации измеряемого параметра; устройства дискриминирования (дискриминаторы), предназначенные для осуществления текущих отсчетов параметра, используемых в процессе дальнейшей фильтрации данных; устройства селекции, обеспечивающие работу дискриминаторов, имеющих ограниченную зону чувствительности по измеряемому параметру. Эти устройства являются неотъемлемыми составными частями РТС при полностью аппаратной реализации заданного алгоритма обработки сигналов (см. рис. 4.3) и могут рассматриваться как дополнительные аппаратные средства обработки при смешанной, аппаратно-программной реализации (рис. 4.5). Следует заметить, что к дополнительным аппаратным средствам цифровых РТС можно отнести также устройства аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования (см. гл. 3), на когорых не будем еще раз останавливаться, а рассмотрим наиболее важные и специфические узлы РТС - устройства поиска и обнаружения сигналов и устройства дискриминирования. § 4.2. УСТРОЙСТВА ПОИСКА И ОБНАРУЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ Одной из основных особенностей радиотехнических измерительных систем является необходимость предварительной селекции полезного сигнала, принимаемого на фоне различного рода помех, чаще всего флюктуационных и импульсных. Такая селекция основывается на определенных свойствах регулярности полезного сигнала, отличающих его от стохастического мешающего фона и проявляющихся при продолжительном анализе принимаемой смеси сигнала и помех. Результатом этого анализа является, во-первых, принятие решения о наличии (или отсутствии) полезного сигнала на входе приемного устройства, и, во-вторых, грубая оценка неизвестных параметров полезного сигнала, необходимая для упрощения последующей его обработки . Первый результат завершает так называемую операцию обнаружения сигнала, а второй - операцию поиска неизвестного значения параметра. Обе операции, вместе взятые, часто называют поиском сигнала по неизвестному параметру, например по частоте, времени или фазе. Указанные три параметра (частота, время и фаза) являются основными с точки зрения обработки радиотехнических сигналов, причем поиск по частоте обычно выполняется с помощью аналоговых частотно-избирательных устройств (колебательные контуры, кварцевые фильтры и т. п.), а поиск по фазе можно рассматривать как разновидность поиска по времени. Следовательно, с точки зрения цифровой реализации в виде специализированного устройства наибольший интерес представляет реализация операции поиска сигнала по времени, которой в дальнейшем уделяется основное внимание. Смысл операции поиска сигнала по времени рассмотрим на примере простейшего импульсного сигнала, изображенного на рис. 4.2, б, с флюктуационньми и хаотическими импульсными помехами. Целью поиска является регистрация факта прихода полезного импульсного сигнала (т. е. обнаружение сигнала) при одновременной фиксации момента его появления с точностью, необходимой для осуществления алгоритма фильтрации измеряемого временного параметра. Например, при аппаратной реализации измерительной системы наиболее рациональным является устройство поиска с погрешностью -if II  л п п Рис. 4.6. Операция поиска импульсных сигналов: а - принятая реализация; б - селектирующие импульсы, выработанные в результате поиска фиксации, соизмеримой с длительностью импульса. При использовании микропроцессорной элементной базы это условие уже не является определяющим, и главную роль здесь играют требования к возможным дополнительным аппаратурным затратам на внешние устройства, а также заданные качественные характеристики системы в целом. В общем случае, когда принимаемый сигнал представляет собой пачку импульсов (например, за счет вращения диаграммы направленности антенной системы), результат операции поиска иллюстрируется рис. 4.6. Он сводится к выработке селектирующих импульсов (стробов) в моменты времени, повторяющие ожидаемую последовательность импульсов, которая представляет собой следующие с периодом Tj, пачки импульсов, имеющих период повторения Т„ и длительность /д. Количество импульсов в пачке п (или длительность пачки = tiTJ определяется характеристиками амплитудной модуляции принимаемого полезного сигнала. Операция поиска считается выполненной правильно, если селектирующие импульсы (рис. 4.6, б), установленные по результатам анализа принимаемой смеси сигнала и помех, совпадают по времени с полезными сигнальными импульсами (рис. 4.6, а). В противном случае под влиянием помех может наблюдаться ошибочный результат поиска - обнаружение сигнала в момент времени, не совпадающий с истинным временным положением сигнала, либо принятие решения об отсутствии полезного сигнала, несмотря на наличие такового в принятой реализации. Первую ошибку называют ложной тревогой (ошибкой первого рода), а вторую - пропувком сигнала (ошибкой второго рода). Вероятности этих ошибок характеризуют качество процедуры поиска и обнаружения сигнала. Кроме того, важными техническими характеристиками устройства поиска являются его разрешающая способность, определяемая длительностью селектирующих импульсов До (см- РИ- Р поиска, определяемое продолжительностью интервала наблюдения сигнала, необходимого для выполнения всех операций, связанных со статистическим анализом принятой смеси сигнала и помех. Разработка алгоритмов поиска и обнаружения сигнала, обеспечи-ваюищх наилучшие качественные характеристики при заданных априорных данных и технических ограничениях, составляет предмет теории статистического синтеза РТС [50]. Здесь рассмотрим принципы построения и структуры соответствующих устройств, отвечаюищх основным теоретическим рекомендациям. Как следует из этой теории, оптимальный алгоритм обнаружения сводится к сравнению с порогом К некоторого функционала г от принятой на интервале наблюдения реализации u{t) = s{t-/3) + n(t), представляющей собой аддитивную смесь полезного сигнала s{t), задержанного на tg, и помехи n{t). Принцип формирования функционала Z описывается известным выражением (см., например, [50]) z{x) = \{t)s{t-t)dt, (4.1) которое подчеркивает его зависимость от информационного параметра т и называется корреляционным интегралом. В случае импульсного сигнала функция s(t) является периодической, т. е. s{t-t,)=aMt-tsi~iT,), -. где So(0 - функция, описывающая импульсный сигнал на одном периоде повторения Т„; N = Тн/Т„ - число импульсов на интервале наблюдения Тд; и ti - амплитуды отдельных импульсов и их временные задержки. Следует заметить, что в общем случае параметры at и 4i изменяются на протяжении интервала наблюдения 7н, однако для упрощения структуры обнаружителя обычно интервал выбирают таким образом, что изменением параметра за время Т, можно пренебречь, а изменения амплитуд описываются законом амплитудной модуляции одиночной пачки импульсных сигналов, т. е. Та < /п ИЛИ п <: N (см. рис. 4.6). В этом случае получим г(х) =аг,{т), (4.2) где Zt (т) = Г «(О So (t - - i)d( (4.3) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 |