|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы - результат оптимальной обработки сигнала на г-м периоде повторения, т. е. результат внутрипериодной обработки принимаемой импульсной последовательности. В реальных РТС широко распространены импульсные сигналы с малой длительностью импульса t„ (см. рис. 4.1), когда цифровая реализация операций внутри периодной обработки, описываемых выражением (4.3), становится практически невозможной из-за высоких требований к быстродействию элементной базы. Поэтому на практике чаще всего внутрипериодная обработка вида (4.3) выполняется с помощью аналоговых устройств типа согласованных фильтров или корреляторов [50], а на долю цифровых устройств остается реализация межпериодной обработки, задаваемой выражением (4.2). На практике возможны различные варианты построения цифровых устройств обнаружения, реализующих операцию формирования функционала (4.2). Далее рассмотрим основные из этих вариантов в зависимости от той роли, какую играют эти устройства в измерительных системах. Обнаружители импульсов с известным временным положением. Этот случай соответствует двухальтернативной задаче обнаружения сигнала [50] (без поиска по параметру t). Эта задача возникает, например, в устройствах контроля достоверности измерений, предназначенных для принятия решений о наличии или отсутствии полезного сигнала в зоне селекции следящего измерителя (см. рис. 4.3), которая устанавливается по результатам измерений информационного параметра 4- В данном случае предполагается, что стробы измерительной системы совпадают по времени с принимаемыми импульсами сигнала (как показано на рис. 4.6). Обнаружитель играет роль контрольного устройства, фиксирующего нарушение измерительного процесса для своевременного отключения оконечного устройства и перехода в режим поиска при пропадании сигнала. Для выполнения этой функции устройство обработки должно формировать значение функционала (4.2), соответствующее аргументу т = 4. и сравнивать это значение z{t.J) с пороговым уровнем К- Можно представить структуру соответствующего цифрового устройства, точно выполняющего операции, задаваемые выражением (4.2), как показано на рис. 4.7, где входным сигналом являются выборочные реализации Zj(t), определяемые выражением (4.3). В момент выработки строба с номером i аналого-цифровой преобразователь (АЦП) формирует число, пропорцинальное значению Z;(4), а соответствующее значение коэффициента Gj выводится из запоминающего устройства (ЗУ) с помощью устройства выборки (УВ), формирующего адрес необходимой ячейки памяти в зависимости от индекса L Затем выполняются цифровые операции умножения и последовательного сложения с записью суммы в регистр памяти (РП) и сравнением ее с числом К, определяющим порог обнаружения сигнала. При достижении накопленной суммой порога К в пороговом устройстве (ПУ) вырабатывается решение о наличии сигнала в стробах (сигнал «Да» на рис. 4.7). В противном случае по истечении интервала наблюдения (т. е. N периодов накопления) фиксируется отсутствие сигнала (сигнал «Нет»), производится обнуление регистра, памяти, и операция обнаружения повторяется сначала. Рассмотренная схема обнаружителя соответствует оптимальной процедуре обработки импульсных сигналов с известным временным положением и представляет интерес как схема, реализующая предельную эффективность процедуры обнаружения при фиксированном интервале наблюдения. Однако такая схема приводит к довольно громоздкой аппаратной реализации, так как требует выполнения операций умножения и сложения многоразрядных чисел. Поэтому на практике широко распространены упрощенные, квазиоптимальные схемы
Рис. 4.7. Структура оптимального цифрового обнгу-жителя импульсов с известным временным положением; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ПУ - пороговое уст* ройство; VB - устройство выборки; РП - регистр памяти; ЗУ - запоминающее устройство обнаружителей, которые строятся на основе тех или иных упрощений исходной оптимальной схемы. Следует заметить, что одним из важных вопросов проектирования РТС является анализ потерь или ухудшения качественных характеристик обнаружителей, связанных с отступлением от оптимальной процедуры обработки. Применительно к рассматриваемым далее квазиоптимальным схемам цифровых обнаружителей подобный анализ можно найти, например, в [34, 38]. Первым, наиболее распространенным упрощением схемы обнаружителя (см. рис. 4.7) является использование двухуровневого АЦП (называемого бинарным амплитудным квантователем), который формирует одноразрядное двоичное число (бинарный сигнал) Сг из аналогового сигнала Zi путем сравнения его с порогом z„b, т. е. j, j 1, если 2j>2b, (4 4j 1 О, если < 2„в. Кроме упрощения самой схемы АЦП, который в этом случае превращается в простейшее пороговое устройство, использование рассматриваемой операции бинарного квантования приводит к существенному упрощению последующей процедуры обработки, так как отпадает необходимость в операции умножения многоразрядных чисел. Схема обнаружения представлена на рис. 4.8, где операцию умножения выполняет электронный ключ, с помощью которого число Qj (сортветствующее г-му. импульсу сигнала) подается на сумматор только в том случае, если UkQ = 1- При СДО = О на сумматор пода- ется нуль. Это отражает алгоритм (4.2) при бинарном квантовании сигнала 2(4), т. е. соответствует формированию функционала zW = 2aiQ(y. (4.5) Второе упрощение схемы обнаружителя основывается на использовании прямоугольной аппроксимации закона амплитудной модуляции принимаемой импульсной последовательности (см. штрихпунк- Сигнап Стробы  Рис. 4.8. Структура обнаружителя с бинарным квантованием сигнала: ВАК - бинарный амплитудный квантователь, СС - схема стро-бирования (остальные обозначения см. на рис. 4.7) тирную линию на рис. 4.6). В этом случае все коэффициенты а,- (i = = [1, N\) равны между собой и алгоритм обработки сводится к равновесному суммированию результатов внутри периодной обработки, т. е. к выполнению операции (4.6) При. этом исходная схема обнаружителя (см. рис. 4.7) также существенно упрощается благодаря отсутствию умножителя и запоминающего устройства. На рис. 4.9 приведена схема обнаружителя, в которой сохраняется операция многоуровневого аналого-цифрового преобразования и основная операция накопления выборочных данных Zj(4) в цифровой форме. Наиболее простая схема цифрового обнаружителя получается, если объединить в одной схеме два рассмотренных упрощения, т. е. реализовать алгоритм вида гбн(У=;(У. (4.7) который называют алгоритмом межпериодного бинарного накопления и рассматривают как результат упрощения алгоритма (4.5) (с помощью аппроксимации Gj = const) или алгоритма (4.6) [с помощью бинарного квантования (4.4)]. Осуществление алгоритма (4.7) допускает две разновидности аппаратной pea- 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 |
||||||||||||||||||||||