Разработка системы сжатия эхо-сигналов различной длительности
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?й максимум и боковые лепестки (БЛ), значения которых находятся ниже уровня -29 (дБ). Следует отметить, что в настоящее время такой УБЛ недопустим, поэтому существуют различные методы обработки ЛЧМ сигнала и его комплексной огибающей.
1.2 Методы обработки ЛЧМ сигнала и коррекция боковых лепестков
Обработку сложного радиолокационного сигнала ведут так, чтобы в некоторый единственный момент времени получить наибольшее отношение сигнал/шум. Это означает, что колебание на выходе системы обработки принимаемого сигнала имеет вид короткого импульса, или сжатого. Форма сжатого импульса с точностью до постоянных коэффициентов полностью повторяет вид АКФ. Сжатие ЛЧМ сигнала можно осуществить несколькими способами: корреляционным способом, сверткой сигнала в частотной области и другими.
Для сжатия сигнала корреляционным способом необходимо произвести больше операций по сравнению со вторым вариантом, однако в целом временных затрат требуется меньше.
В большинстве систем полезный главный лепесток сопровождается боковыми лепестками достаточно большой интенсивности. При обработке сигналов от нескольких целей с различной отражающей способностью это может оказаться весьма нежелательным, так как главный лепесток более слабой цели может быть скрыт боковым лепестком отклика от более сильной цели.
Используя взвешивание, можно понизить уровень боковых лепестков за счет ухудшения разрешения по дальности и ухудшения отношения сигнал/шум. Взвешивание можно выполнить во временной области, пропуская сигнал через дополнительный фильтр, в частотной области, взвешивая спектр между прямым и обратным БПФ либо однократно взвесить копию сигнала, в случае корреляционного алгоритма.
В процессе применения метода взвешивания возникают два требования к оконным функциям:
) ширина главного лепестка частотной характеристики окна, содержащего по возможности большую часть энергии, должна быть малой.
) энергия в боковых лепестках ЧХ окна должна быстро уменьшаться.
Существует множество окон, удовлетворяющие в той или иной степени заданным требованиям. Однако следует отметить тот факт, что ни одно окно не позволяет получить оптимальную аппроксимацию произвольной идеальной частотной характеристики, в силу свертки частотных характеристик окна и идеального фильтра.
Математическое описание окна Ханна выглядит следующим образом:
(1.6)
На рисунке 1.5. приведена дискретная амплитудно-частотная характеристика окна Ханна.
Рисунок 1.5 Дискретная АЧХ окна Ханна
Результирующая АЧХ системы представляется виде (1.8):
Н(k) = Н(k).wн(k). (1.7)
На рисунке 1.6. на одном поле приведены две эпюры: цифровых взаимнокорелляционной функции (ВКФ) с окном Ханна и АКФ без коррекции БЛ.
Рисунок 1.6. Вид АКФ без коррекции БЛ и ВКФ с окном Ханна
УБЛ ВКФ с окном Ханна значительно ниже и составляет - 42,0 (дБ).
Расширение главного лепестка составляет примерно 1,5 раза.
1.3 Выводы
В данной главе рассмотрено математическое описание ЛЧМ сигнала. Отмечено, что комплексная огибающая ЛЧМ сигнала имеет наибольший практический интерес, так как существуют преобразователи, которые позволяют перейти от высокочастотного ЛЧМ сигнала к более низкочастотному, то есть комплексной огибающей. Приведены эпюры квадратурных составляющих дискретной комплексной огибающей с параметрами, указанными в техническом задании. Рассмотрена одна из основных характеристик радиолокационного сигнала - дискретная автокорреляционная функция и приведена ее эпюра из которой видно характерный главный максимум и боковые лепестки, значения которых находятся ниже уровня - 29 (дБ). Далее обоснована необходимость коррекции БЛ при помощи оконных функций, а так же кратко корреляционный метод обработки сигнала, что в общем случае может выполнить фильтр с конечной импульсной характеристикой. Рассмотрены ВКФ для систем с коррекцией БЛ и без коррекции. Показано, что при использовании оконной функции Ханна можно получить УБЛ - 42,0 (дБ), при соответствующем расширении главного лепестка примерно в полтора раза.
Исходя из проведенного анализа, необходимо заключить: ЛЧМ сигнал без коррекции уровня боковых лепестков не подходит для применения в данном устройстве, из-за неприемлемо высокого УБЛ, а, следовательно, необходимо применить корректирующую функцию. В данной работе корректирующая функция - оконная функция Ханна, была выбрана исходя из требований по УБЛ, в настоящее время. Далее необходимо рассмотреть методы реализации сжатия сигналов.
2. Методы реализации цифровых фильтров сжатия и их сравнение
.1 КИХ-фильтр общего вида. Оценки затраченных аппаратурных ресурсов на его построение и времени задержки
При построении цифровых устройств используют двухвходовые сумматоры/вычитатели и умножители, а так же их комбинации для получения результата, например сложения, трех и более слагаемых. При обработке комплексного сигнала используется квадратурная. Таким образом, все операции вычисляются с действительными числами, а следовательно анализ затраченных ресурсов будет произведен именно для действительных чисел, из которых потом сформируется последовательность комплексных отсчетов.
По сути дела, КИХ-фильтр общего вида выполняет линейную свертку двух последовательностей: комплексных отчетов цифрового сигнала и последовательность отсчетов импульсной характеристики в соответств