Амплитудный накопитель сигнала некогерентного рассеяния
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?вом виде, исследуемое напряжение квантуется в аналого-цифровом преобразователе с тактовой частотой, кратной промежуточной стороне. Затем сигнал засылается в линии задержки, где задерживается, как было указано, на интервалы, кратные периодам промежуточной частоты. При наложении задержанного на время t сигнала на прямой получается значение корреляционной функции, соответствующее величине этой задержки. В результате измеряемая корреляционная функция оказывается промоделированной множителем (1 - t/T) * k(t, h), характерным для взаимодействия зондирующего импульса длительностью T с объемно-распределенными рассеивателями, где k(t, h) определяется свойствами распределения в пределах имп. объемах [16].
Изменяя задержку t в необходимых пределах (которые определяются ожидаемым доплеровским уширением спектра НР-сигнала), можно получить в этих же пределах АКФ смеси сигнал-шум. Из информационных данных, представленных в виде АКФ, получают необходимую информацию. Эта информация описывает высотные зависимости концентрации ионов и электронов, а также высотные температурные зависимости ионов и электронов. Такая операция производится одновременно для всего диапазона исследуемых высот.
Рисунок 3
1. Постановка задачи
.1 Анализ алгоритма функционирования системы накопления радара НР
Режим работы радара с длительностью излучаемого радиоимпульса tи@800 мкс используется в методе некогерентного рассеяния (НР) для определения параметров ионосферы на высотах выше максимума слоя F2 (до 1000км). При таком режиме излучения алгоритм первичной обработки позволяет проводить повысотное измерение с получением ряда нормированных автокорреляционных функций (АКФ) r(kt,h) при шаге по высоте в несколько десятков километров, когда отсчеты уже можно считать статистически независимыми. Суть так называемой вторичной обработки и ее вычислительных методов заключается в том, чтобы по экспериментальным АКФ определять такие параметры ионосферной плазмы, как ионная и электронная температуры [Ti(h),Te(h)], компоненты n ионного состава [O+(h),H+(h) и He+(h)], а уже с их использованием - электронную концентрацию Ne(h) и др.
Существуют аналитические выражения, связывающие физические параметры ионосферной плазмы с формой ее АКФ, полученной при некогерентном рассеянии зондирующей радиоволны. Проблема же состоит в том, что нам для обработки нужны обратные аналитические выражения, когда в роли аргумента выступали бы значения ординат АКФ. Ввиду отсутствия таких выражений и возникла необходимость в специфической обработке информации, известной под названием решение обратной задачи. Суть этой обработки заключается в том, что, варьируя параметры, ЭВМ решает прямую задачу до тех пор, пока не будет подобрана оптимальная совокупность ее входных параметров. Под оптимальной подразумевается та, которая приводит к наилучшему совпадению выходных результатов, полученных при решении прямой задачи, с данными, полученными во время эксперимента.
Как показывает анализ, однозначное решение обратной задачи предполагает достаточную точность измерений АКФ сигнала НР. Однако все основные выводы в существующей теории некогерентного рассеяния сделаны в предположении, что плазма однородна в рассматриваемом объеме и стационарна. Реальные условия измерений не соответствуют таким предположениям, и сами измерения сопровождаются статистической погрешностью, связанной с наличием шумов при приеме слабого сигнала и с самой шумовой природой сигнала. Для повышения точности оценки параметров сигнала используется его временное накопление в течение десятков секунд или даже минут, с последующим высотно-временным сглаживанием результатов.
Для облегчения работы ЭВМ решение задачи разделено на два этапа. На первом из них по аналитическим выражениям рассчитывается набор (библиотека) теоретических АКФ для всех возможных вариантов сочетания ионосферных параметров (с заранее выбранным шагом по дискретизации и заданными предельными границами). При этом в первую очередь учитывается техническая возможность имеющейся вычислительной техники (объем памяти и быстродействие персональных компьютеров). Критерий - подготовленные таким образом автокорреляционные функции при решении обратной задачи должны обеспечить максимальную точность подобия при поиске соответствия между измеренными и теоретическими АКФ. Это подобие и рассматривается на втором этапе, когда проводится непосредственно сравнение каждой АКФ, полученной в аппаратуре, с библиотечным набором и выносится решение о наилучшем их согласии.
Ниже приведен график, иллюстрирующий получение мощности (огибающей) сигнала НР вдоль развертки дальности и накопление результата в N = 100 развертках.
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 км
Рисунок 1.1 - Сигнал, рассеянный на тепловых флуктуациях электронной плотности ионосферы, его огибающая и результат накопления в N развертках
С помощью антенны на радиолокационном комплексе мы посылаем в ионосферу зондирующий сигнал, а затем отраженная смесь сигнал-шум поступает в приемное устройство, усиливается и с помощью АЦП преобразуется в эквивалентный цифровой код.
Каждому цифровому коду соответствует своя точка на верхнем графике рис. 1.1. Для наглядности эти точки соединяют и получают высотный ход сигнала до 2000 км. Из этих данных получают необходимую информацию об автокорреляционной функции (АКФ) сигнала НР. Эта информация образуется в специализированном вычислительном устр