Дипломная работа: Пеленгатор системы радиомониторинга

Необходимо также отметить, что спектр Фурье реализации конечной длительности непрерывен, поэтому естественное ограничение объема выборки значений N соответствует умножению входной реализации на прямоугольную выделяющую функцию. При этом средние частоты настройки ЭЧК равны соответствующим частотам спектральных составляющих, а огибающие импульсных реакций имеют прямоугольную форму аналогичную эквивалентным фильтрам.

В ЦАС, наблюдаемый процесс подвергается дискретизации, состоящей в преобразовании его в последовательность отсчетов, соответствующих значениям процесса в дискретные моменты времени. Совокупность таких отсчетов называют временным рядом или выборкой из случайного процесса. В большинстве случаев расстояние между соседними отсчетами постоянно во всей выборке и называется шагом (интервалом) дискретизации . Число N элементов выборки (отсчетов) называют ее размером (или объемом).

Выбор шага дискретизации диктуется конкретной решаемой задачей обработки. При этом учитывается, что слишком частое расположение точек отсчета дает избыточность и коррелированность данных, увеличивает время обработки и требуемый объем памяти вычислителей. С другой стороны, при слишком большом шаге дискретизации происходит частичная потеря информации о процессе и, как следствие, ухудшение конечных показателей эффективности обработки.

В соответствии с теоремой Котельникова, интервал дискретизации, при котором потери информации об обрабатываемом процессе не происходит, должен быть равен

(2.1)

где - наибольшая частота в спектре сигнала, Гц.

Частота дискретизации ЦАС () определяется средней частотой полосы входного сигнала (средней частотой выходного фильтра РПрУ), полосой одновременного анализа и избирательностью аналогового фильтра. При этом максимальная полоса одновременного анализа ЦАС () определяется как средняя по коэффициенту прямоугольности выходного аналогового фильтра РПрУ, равному 1.56.

Заданная в ТЗ полоса одновременного анализа , равная 30 МГц, является полосой пропускания выходного аналогового фильтра РПрУ, тогда максимальная полоса одновременного анализа ЦАС будет равна

Значение средней частоты выходного фильтра ПЧ, выбранное в процессе проведенного анализа РПрУ, составляет 70 МГц, тогда верхняя частота в спектре обрабатываемого сигнала будет равна

.

Таким образом, в соответствии с формулой (2.1), интервал дискретизации равен

следовательно, частота дискретизации будет составлять

,

При выборе ИМС АЦП, необходимо учитывать следующее: верхняя частота входного сигнала АЦП обычно в 3…4 раза больше полосы одновременного анализа; ДД определяется разрядностью АЦП и входной частотой, при этом известно, что разрядность АЦП () и ДД входных сигналов (D) связаны между собой следующим соотношением

,

где E[z] означает ближайшее целое, не меньшее z. Пользуясь этим выражением, можно получить число децибел () динамического диапазона квантуемой последовательности выборок, приходящееся на один разряд аналого-цифрового преобразования

откуда следует, что 14-разрядное АЦП позволит обеспечить динамический диапазон не менее 84 дБ.

Согласно проведенного выше анализа характеристик ЦАС и выбранной структуры построения последнего, выберем ИМС АЦП в соответствии с данными, приведенными в таблице 2.4, на наиболее широко применяемые и доступные на сегодняшний день ИМС АЦП.

Таблица 2.4 - Типы применяемых ИМС АЦП

Анализируя данные таблицы 2.4 видно, что в нашем случае наибольший интерес представляют ИМС АЦП фирмы AnalogDevice, обеспечивающие обработку данных в полосе анализа до 50 МГц, при этом максимальная частота обрабатываемого сигнала в этих АЦП может достигать 100 МГц, что удовлетворяет нашим требованиям (максимальная частота в спектре сигнала 89.2 МГц).

С точки зрения обеспечения заданного ДД, оптимальной можно считать АЦП типа AD9232 (14 разрядов).

Согласно выбранной структуре функционирования ЦАС, процесс реализации алгоритма обнаружения сигналов в полосе частот одновременного анализа, должен осуществляется программными средствами с использованием ПЭВМ.

Решение задачи обнаружения является необходимым условием функционирования рассматриваемой АСМИРИ, так как в реальных условиях на вход системы воздействуют не только сигналы, но и различные помехи. В этом случае требуется ответить на вопрос, что имеется на входе системы: смесь полезного сигнала с помехой или только помеха. Чем больше эти различия (в амплитуде, длительности, частоте), тем легче обнаружить сигнал. Так как помеха, а следовательно, и смесь сигнала с помехой являются случайными процессами, которые могут быть описаны только статистически, то обнаружение сигналов может быть основано на статистических различиях реализаций помехи и смеси сигнала и помехой.

В соответствии с воздействующие на РТС помехи, носят флуктуационный характер, причем в данном случае, спектр воздействующего шума равномерен и ограничен полосой одновременного анализа. В связи с этим, воздействующий шум будем считать гауссовым (или нормальным), т. е. с гауссовым (нормальным) законом распределения и равномерным РЧС.

С учетом задач, решаемых системами РМ, принимаемый системой сигнал заранее неизвестен и имеет случайную равновероятностную фазу (на фоне нормального белого шума) поэтому, связь между и может быть представлена в виде вычисляемых характеристик (кривых вероятностей обнаружения) при различных отношениях С/Ш. Однако доказано, что при относительно малых вероятностях ошибок (см. ТЗ) пользоваться кривыми обнаружения нет необходимости, так как для этих случаев могут быть использованы простые аналитические выражения, решение которых сводится к определению порога обнаружения, при заданных значениях и .

При вероятности пропуска сигнала и , порог обнаружения (С/Ш), с погрешностью менее 0.5 дБ определяется

,

,

тогда

Таким образом, чтобы обеспечить заданные в ТЗ значения и , необходимо обеспечить порог С/Ш на входе ЦАС равный 15 дБ. При этом, введение усреднения сигнала (см. выше), позволяет снизить полученный порог С/Ш на входе ЦАС примерно до 10 дБ, таким образом приведя его к заданному в ТЗ для РПрУ.

Другим фактором, определяющим возможность рассматриваемой системы обнаруживать и пеленговать ИРИ определенной длительности, является полученные ранее и , анализ которых показывает, что минимальная длительность сигнала ИРИ, при которой рассматриваемая АСМИРИ обеспечит обнаружение последнего в заданном ТЗ диапазоне рабочих частот, с заданной вероятностью, будет составлять не менее 688.5 мс, а длительность сигнала ИРИ, при которой АСМИРИ обеспечит и обнаружение и пеленгование сигнала ИРИ в заданном ТЗ диапазоне рабочих частот, составит не менее 5.7 с, при введенном накоплении сигнала.

Вывод. В результате проведенного анализа ЦАС было выяснено, что, наиболее целесообразным, является применение простой структуры ЦАС, решающего задачи оцифровывания входного сигнала, хранения и передачи полученных данных в ПЭВМ. При этом задачи вычисления БПФ и реализации алгоритма обнаружения и пеленгования, перекладываются на ПЭВМ, процессор которой, должен иметь производительность, соизмеримую с производительностью современных процессоров типа Core 2 quad и Corei серии. Таким образом выбранная ИМС АЦП фирмы AnalogDevice, обеспечивает анализ сигналов с требуемой максимальной частотой в спектре, равной 38.4 МГц и с требуемым в ТЗ динамическим диапазоном системы, равным не менее 84 дБ для обеспечение заданных значений и возможно при организации порога обнаружения (С/Ш) на входе ЦАС, равного 15 дБ или 10 дБ, при введенном накоплении сигнала. Согласно проведенного расчета, минимальная длительность разведываемого сигнала ИРИ, при которой АСМИРИ обеспечивает обнаружение последнего с заданной вероятностью, составляет 688.5 мс, а минимальная длительность сигнала ИРИ, при которой АСМИРИ обеспечивает совместное обнаружение и пеленгование сигнала ИРИ, в заданном ТЗ диапазоне рабочих частот, составляет 5.7 с.

2.4 Анализ синтезатора СВЧ

По результатам анализа технических требований, предъявляемых к синтезатору СВЧ, с целью обеспечения технических характеристик рассматриваемой АСМИРИ, необходимо разработать синтезатор СВЧ РПрУ, имеющий следующие технические характеристики:

Таблица 2.5

Преобразование частоты осуществляется балансным смесителем при взаимодействии входного сигнала с сигналом гетеродина РПУ. Синтез частот первого гетеродина (рисунок 2.7) осуществляется системой фазовой синхронизации генератора управляемого напряжения (ГУН) на основе двух взаимосвязанных колец ФАПЧ, которая посредством коммутации структуры в режиме захвата частоты увеличивает коэффициент обратной связи до максимального значения и минимизирует уровень фазовых шумов в спектре сигналов.

Рисунок 2.7 - Структурная схема СЧ РПУ

В ходе разработки реализован датчик фазовой синхронизации (ДФС) базового кольца ФАПЧ, который в автоматическом режиме отслеживает согласование сигнала ГУН относительно опорного генератора и создает сигналы управления, осуществляющие коммутацию структуры синтезатора в режиме захвата частоты. При возникновении режима биений или пропадания опорных сигналов датчик преобразует базовое кольцо ФАПЧ в начальное состояние и повторяет процесс настройки частоты. Функция диагностики и контроля цепей обратной связи улучшает стабильность работы СЧ первого гетеродина при воздействии внешних дестабилизирующих факторов.

СВЧ генератор второго гетеродина (см. рисунок 2.7) на фиксированную частоту 7,50 ГГц синхронизируется кольцом ФАПЧ по 25 гармонике диода с накоплением заряда в составе SPD фазового детектора, взаимодействующего с сигналом 0,3 ГГц, образованного прямым когерентным синтезом из сигнала опорного генератора. Данная схема должна обеспечивать СПМ фазового шума РПУ не более минус 116ч112 дБн/Гц, при отстройке на 10 кГц.

3. Анализ и функциональной и структурной схемы РПРУ

3.1 Анализ ИРИ в заданном диапазоне частот

При проектировании рассматриваемой АСМИРИ и ее узлов (в том числе РПрУ), необходимо осуществить анализ и расчет основных технических характеристик, напрямую зависящих от параметров сигналов ИРИ, являющихся собственно предметом мониторинга рассматриваемой системы.

Анализ средств радиосвязи гражданского назначения, которые используются в большинстве промышленноразвитых регионов нашей страны в рассматриваемом диапазоне частот (20…6020 МГц) показывает, что значительную долю в общем количестве этих средств занимают РЭС, относящиеся к сухопутной подвижной службе. На территории России, в рассматриваемом диапазоне частот в настоящее время применяются стандарты всех систем связи, характеристики которых приведены в табл. 3.1. В таблице 3.1 обозначено: ПС - подвижная станция, БС - базовая станция.

Таблица 3.1- Стандарты связи