Модель тракта прослушивания гидроакустических сигналов
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
частотной области на 4?f. Перекрытие входных выборок 17%
Рис 17а. Состыкованная реализация восстановленного сигнала после сдвига его полосы в частотной области на 4?f. Перекрытие входных выборок 25%
Рис 17б. Состыкованная реализация восстановленного сигнала после сдвига его полосы в частотной области на 5?f. Перекрытие входных выборок 25%
И также в результате проведенного моделирования установлено, что осуществить сдвиг частот без потери качества прослушивания можно только в случае, если величина перекрытия входных выборок является делителем числа n - базы БПФ. При этом сдвинуть на один спектральный отсчет или на нечетное число отсчетов нельзя ни при какой величине перекрытия, иначе происходят искажения и нестыковки последовательных фрагментов восстановленного сигнала.
В таблицу 1 сведены полученные в результате проведенного моделирования данные о соотношении величины перекрытия входных выборок и числа спектральных отсчетов, на которые можно сдвигать (понижать или повышать) полосу сигнала.
Таблица 1 . Взаимосвязь минимальной полосы частотного сдвига от величины перекрытия входных выборок
На основании вышеизложенного, можно сделать выводы о том, что для устранения эффектов, вызванных появлением некорректных отсчетов при формировании канала наблюдения в частотной области и не во всей полосе, а в ограниченной полосе, необходимо:
- обязательное исключение части отчетов в восстановленной реализации сигнала
из дальнейшей обработки;
- применение частотного фильтра с ЧХ, отличной от прямоугольной;
- расширение полосы обработки.
При этом величина перекрытия входных выборок должна быть больше суммы максимальной задержки сигнала на элементах АР и длительности ИПХ частотного фильтра. Других ограничений на величину перекрытия не накладывается.
Традиционно информация, используемая в тракте шумопеленгования, берется с перекрытием входных выборок на величину ?. Это реализуется в интересах следующих задач и трактов гидроакустического комплекса:
- тракты автоматического сопровождения цели (АСЦ) и выработки классификационной информации по ним;
- тракт обнаружения дискретных составляющих сигнала во всем секторе обзора;
- задача выделения огибающей сигналов во всем секторе обзора.
Однако для тракта прослушивания сигналов и помех, в котором для удобства оператора реализована (в цифровой области) возможность понизить частоту прослушивания, оказалось, что величина перекрытия входных выборок должна быть делителем числа n - количество точек БПФ.
Поскольку для процедуры БПФ обычно выбирают число n, являющееся степенью 2: n=2x ,
где x целое положительное число, то и величина перекрытия должна быть тоже степенью 2, так как других простых делителей у n нет.
4 Программный макет тракта прослушивания
4.1 Структурная схема алгоритма обработки в тракте прослушивания
Структурная схема алгоритма обработки в тракте прослушивания цифровой ГАС с формированием каналов наблюдения в частотной области приведена на рисунке 18.
Рис. 18 Структурная схема алгоритма обработки в тракте прослушивания
1) АР антенная решетка, M количество ее приемных элементов;
2) АПО фильтрация сигнала, предварительное усиление;
3) АЦП аналого-цифровое преобразование с частотой дискретизации 24000Гц, процессов, принятых на М приемных элементах антенны; получаем дискретизированные по пространству и по времени выборки входного поля;
4) Набор реализаций с перекрытием 25 % точек;
5) БПФ n-точечное быстрое преобразование Фурье по всем М каналам. Частотное разрешение системы df=fd/n;
6) ФПК формирование пространственного канала: осуществляется в частотной области умножением на фазирующие коэффициенты и суммированием выходов задержанных реализаций. Получаем один выход в полосе от 1 до 8 кГц, границам полосы частот соответствуют номера частотных отсчетов Кн=[1000/df]=21 и Кв=[8000/df+0.5]=171.
7) Вырезание полосы частот, соответствующей заданному оператором номеру частотного диапазона Nd (от 1 до 3):
I чд - от Кн= 21 до Кв=53,
II чд - от Кн= 42 до Кв=106,
III чд - от Кн= 85 до Кв=171;
8) Сдвиг полосы в область от 0.3 кГц (для удобства оператора); сдвиг осуществляется на величину:
4?f = 187 Гц - в I чд,
32?f = 1497 Гц во II чд,
76?f = 3556 Гц в III чд;
9) Умножение на спектральное окно, в нашем случае окно Ханна с числом точек, зависящим от ширины частотного диапазона:
K=53 в I чд,
K=81 во II чд,
K=99 в III чд ;
10) Восстановление сигнала во временную область с использованием процедуры ОБПФ на те же самые n точек;
11) Отбрасывание некорректных отсчетов по n/8 точек в начале и в конце реализации;
12) Стыковка реализаций;
13) Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) с частотой дискретизации 24000кГц;
14) Вывод результатов на динамик или выносные аудиосистемы.
4.2 Структурная схема программного макета тракта прослушивания
В соответствии с описанными в предыдущих разделах алгоритмами функционирования тракта прослушивания для выбора параметров и уточнения алгоритмов обработки в среде инженерных расчетов MatLab была написана моделирующая работу этого тракта программа. Язык программирования среды MatLab является наиболее удобным для работы с матричными структурами данных, а также содержит большое число вспомогательных функций и операций над матрицами и многомерными массива