Модель тракта прослушивания гидроакустических сигналов
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ми данных. Кроме того, MatLab обладает широкими возможностями по графическому отображению результатов.
Структурная схема программного макета тракта прослушивания приведена на рисунках 19 и 20.
Программный макет тракта прослушивания включает в себя следующие функциональные блоки:
- Блок задания параметров антенной решетки и параметров цифровой обработки в тракте ШП.
Задаются основные параметры системы, включая:
- Скорость звука,
- Частота дискретизации,
- Задание мнимой единицы,
- Количество элементов АР,
- Шаг между приемными элементами АР,
- длительность формируемого сигнала,
-Количество частотных диапазонов,
-Число точек БПФ,
- величина перекрытия входных выборок,
-Нижняя полоса и верхняя полоса всего тракта, и разбивка на 3 диапазона.
- Блок задания параметров сигнала и параметров обработки в тракте прослушивания.
В этом блоке происходит выбор типа сигнала:
-тональный,
-амплитудно-модулированный тональный,
- амплитудно-модулированный шумовой;
Задаются:
- несущая частота сигнала,
-частота модуляции,
-глубина модуляции,
-число тактов обработки,
-частотный диапазон прослушивания,
-угол падения фронта волны на элементы АР,
- частотный сдвиг для выбранного ЧД,
- степень расширения полосы частот (количество отсчетов),
- спектральное окно.
- Формирование процессов на выходе приемных элементов АР. Имитационное моделирование входного процесса включает в себя задание моделей полей сигнала, формирование временной реализации сигнала, фильтрацию ее в заданном диапазоне частот, формирование плоского фронта сигнала на элементах АР.
- Перечень процедур, проводимых в этом функциональном блоке:
- расчет координат приемных элементов в АР,
- формирование сигнала заданной частоты в поле,
- расчет временных задержек фронта волны сигнала исходя из направления его прихода,
- формирование дискретизированных с частотой fd=24000Гц сигналов на приемных элементах АР.
- Функциональные программы расчета выходного эффекта тракта прослушивания:
- Последовательный набор по n временных отсчетов сигналов на элементах АР с перекрытием 25% - так называемый такт обработки;
Дальнейшие процедуры выполняются на каждом такте обработки:
- Переход в частотную область с использованием процедуры БПФ;
- Формирование ПК на частотах рабочей полосы;
- Вырезание полосы частот выбранного частотного диапазона (ЧД);
- Сдвиг полосы частот на заранее рассчитанное для каждого ЧД число спектральных отсчетов;
- Умножение отсчетов спектра сформированного канала на спектральное окно;
- Восстановление сигнала во временной области (процедура обратного ПФ);
- Отбрасывание некорректных отчетов из реализации по n/8 отсчетов в начале и в конце реализации;
- набор реализации большой длительности.
6. Выдача сигнала на ЦАП, вычисление спектра сигнала с высоким разрешением по частоте, графическое представление результатов обработки.
4.3 Расчет выходных эффектов тракта
Сформированный указанным выше способом сигнал на элементах антенны нарезается на временные фрагменты длиной n=512 точек с учетом перекрытия, которое вводится в модель тракта как параметр. Каждый фрагмент подвергается процедуре БПФ, в результате чего получаются спектры процессов на выходе приемных элементов. Из получившегося набора частот в дальнейшую обработку берутся только номера частот fk, соответствующие заданной полосе обработки (fнfв).
Как было показано выше, вырезание полосы фильтром с прямоугольной частотной характеристикой вносит дополнительные искажения в восстановленный сигнал. Поэтому в модели предусмотрено расширение полосы обработки от значения (0,3-4,5) кГц до (0,05-5) кГц.
На следующем этапе происходит формирование канала наблюдения в частотной области путем сложения спектров реализаций с приемных элементов АР, умноженных на заранее рассчитанные фазирующие коэффициенты на это направление.
Рис. 19 Структурная схема программного макета тракта прослушивания
Рис.20 Обработка в канале прослушивания
После ФХН выполняется вырезание полосы частот выбранного частотного диапазона и сдвиг ее на заранее рассчитанное для каждого ЧД число спектральных отсчетов. Затем проводится процедура ОБПФ, на выходе которой получаем временную реализацию. Как было показано ранее, для устранения эффектов, вызванных вырезанием полосы частот, необходимо перед восстановлением сигнала во временную область ввести частотное окно, вид которого в модели можно выбирать из заранее созданных файлов либо из имеющегося в системе MatLab банка частотных фильтров, а также задавать их параметры. В модели тракта прослушивания параллельно формируются и обрабатываются сигналы, восстановленные с применением частотного окна и без него.
Восстановленный сигнал содержит в себе некорректные отсчеты. Фазирующие коэффициенты, используемые при формировании веера пространственных каналов, таковы, что длительность “испорченных” фрагментов реализации в начале и в конце ее приблизительно одинакова. Поэтому из реализации исключаются некорректные отсчеты в начале и в конце кусочка реализации длиной n отсчетов.
Для сокращения времени моделирования, а также экономии внутренней памяти MatLab сигнал на приемных элементах АР моделируется на ограниченном временном интервале, причем длина этого