Разработка системы сжатия эхо-сигналов различной длительности
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?твами является сложной, однако на определённом этапе обработки можно выполнять дискретизацию сигналов по времени и по амплитуде аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и проводить дальнейшую обработку цифровыми устройствами. Современная тенденция радиолокации состоит в как можно более скором переходе на полную цифровую обработку принятого сигнала.
Универсальные устройства, такие как сигнальные процессоры, не всегда обладают достаточным быстродействием и не всегда позволяют достичь требуемой скорости вычислений для режима реального времени, что вызывает необходимость построения специализированных систем обработки сигналов на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).
Целесообразность цифровой обработки при обнаружении сигналов обусловлена прежде всего тем, что эффективность аналоговых устройств значительно снижается из-за различного рода нестабильностей, кроме того цифровые устройства лучше аналоговых поддаются микроминиатюризации. Положительными качествами цифровых устройств являются также высокие надежность и точность выполнения арифметических операций, возможность гибкой и оперативной перестройки параметров устройств.
1. ЛЧМ сигнал. Методы обработки
.1 ЛЧМ сигнал и его характеристики
Применение сложных сигналов дает возможность выбрать длительность зондирующего сигнала из условия обеспечения необходимой энергии и разрешающей способности по скорости ?VR, а ширину спектра - из условия обеспечения необходимой разрешающей способности по дальности ?R [1].
Увеличение ширины спектра при заданной длительности импульса получают за счет внутриимпульсной модуляции: частотной или фазовой. В общем случае математическое описание сложных радиолокационных сигналов можно представить в виде:
, (1.1)
где огибающая a(t) и функция угловой модуляции являются медленно изменяющимися функциями времени по сравнению с ?o - . Следует отметить, что существуют несколько видов частотной модуляции, например линейная (ЛЧМ), нелинейная (НЧМ) и другие. Однако в рамках данной работы остановимся на рассмотрении ЛЧМ сигнала и его свойств.
Аналитическая запись импульсного сигнала с линейной частотной модуляцией имеет вид:
при (1.2)
и u(t) = 0 при других t. Произведение ширины спектра сигнала на длительность импульса называется базой сигнала или коэффициентом сжатия:
где ?и- длительность импульса сигнала, ?fс - ширина спектра сигнала, U0 - амплитуда сигнала.
Следует учесть, что в настоящий момент радиосигнал сложной формы, в том числе и ЛЧМ сигнал, можно перенести на более низкую частоту. Наиболее часто такое преобразование выполняется следующим образом: входной сигнал u(t) одновременно умножается на cos(?0.t) и на sin(?0.t), затем произведения сигналов проходят через фильтры нижних частот (ФНЧ) с соответствующей полосой пропускания, на выходе которых получаются квадратурные составляющие комплексной огибающей радиосигнала A(t): Re(A(t)) - действительная и Im(A(t)) - мнимая часть. На рисунке 1.1. изображена структурная схема такого преобразования.
Рисунок 1.1 Структурная схема преобразования ЛЧМ сигнала
В рассматриваемом случае такое преобразование позволяет перейти к комплексной огибающей ЛЧМ сигнала, именно она имеет наибольший практический интерес. Одна из математических записей комплексной огибающей ЛЧМ сигнала имеет вид
при (1.4)
и A(t) = 0 при других t.
Следует заметить, что если сам ЛЧМ сигнал в общем виде можно описать только вещественными числами, то его комплексную огибающую можно представить только с помощью комплексных чисел. Итак, на рисунке 1.2. изображены ее квадратурные компоненты: действительная и мнимая части. Очевидно, что мнимая часть комплексной огибающей будет отличаться от действительной лишь начальной фазой.
Рисунок 1.2 Квадратурные компоненты комплексной огибающей
Переход от аналогового представления комплексной огибающей к ее цифровому виду производится при помощи аналого-цифрового преобразования. На рисунке 1.3 представлены эпюры квадратурных составляющих комплексной огибающей в цифровом виде с параметрами, указанными в техническом задании (ТЗ) и амплитудой 4095 единиц младшего разряда. При этом математическое описание комплексной огибающей будет иметь следующий вид:
(1.5)
Где Тд - период дискретизации. Амплитудный спектр комплексной огибающей ЛЧМ сигнала не выражается через элементарные функции, а при большом значении базы становится все более равномерным, близким к прямоугольному виду. В общем случае спектр комплексной огибающей может быть не симметричным относительно нулевой частоты.
Рисунок 1.3 Квадратурные компоненты оцифрованный комплексной огибающей
Одна из основных характеристик радиолокационного сигнала - автокорреляционная функция (АКФ). Она служит мерой связи исходного и сдвинутого по времени и частоте сигналов, которую обеспечивает применение выбранного вида модуляции, то есть определяет корреляционные связи сигнала при временных и частотных сдвигах. На рисунке 1.4. приведен пример для рассматриваемого в рамках данной работы случая АКФ комплексной огибающей ЛЧМ сигнала.
Рисунок 1.4 Вид модуля АКФ
Действительно, из рисунка 1.4 видно, что это действительно АКФ комплексной огибающей ЛЧМ сигнала. Виден характерный главн