Лабораторная работа № 24. Специализированный процессор цифровой квазиоптимальной обработки

6.1.Основные алгоритмы и структурная схема устройства первичной обработки сигналов

В лабораторной работе № 24 СП реализует равновесное накопление пачки бинарно-квантованных сигналов при обнаружении

и алгоритм с равновесной антисимметричной весовой функцией при оценке положения центра пачки

.

Структурная схема СП и напряжения в контрольных точках, поясняющие его работу, представлены на рис.2.

Входной сигнал СП с выхода амплитудного детектора, представляющий собой аддитивную смесь полезного сигнала и шума, прошедшую внутрипериодную обработку в согласованном (или квазисогласованном) фильтре одиночного импульса (СФОИ), поступает на вход порогового устройства(X₂). В пороговом устройстве (ПУ) осуществляется бинарное квантование по амплитуде входного сигнала – сравнение с пороговым напряжением (Х3). На выходе ПУ (Х4) появляются логические единицы 1, если , и логические нули 0, если . Временная дискретизация сигнала осуществляется во временном квантователе (ВК) с частотой дискретизации , для чего на второй вход ВК подается импульсная последовательность . Последовательное соединение ПУ и ВК образует амплитудно-временной квантователь (АВК), который преобразует отсчетные значения входного сигнала СП в одноразрядный двоичный код в моменты относительно момента излучения зондирующего импульса, где – номер элемента разрешения по дальности. С выхода АВК (Х5) одноразрядный код поступает в СП.

В процесе обнаружения цели (при сканировании антенны) происходит облучение ее несколькими зондирующими импульсами. Отраженные сигналы будут находиться в одном и том же элементе разрешения относительно зондирующего сигнала и отстоять друг от друга на интервал Т_п, , где ─ радиальная скорость объекта; ─ ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) и ее скорость

Рис. 2. Структурная схема квазиоптимального процессора обработки, построенного по алгоритму « »

Рис. 3. Зависимости характеристик обнаружения от отношения сигнал/шум на входе для различных алгоритмов обнаружения

сканирования. Число отраженных импульсов оказывается равным . В лабораторной работе исследуется одноканальный по дальности СП, что позволяет представить его структуру и принцип работы. Выделение сигналов, поступающих на одноканальный СП и относящихся к данному элементу разрешения по дальности, осуществляется в селекторе дальности стробами (Х6) длительностью , следующими с периодом повторения Т_п. С выхода селектора дальности (Х7) сигналы поступают на селектор по углу, где производится стробирование входной последовательности нулей и единиц стробом (XI) длительностью с периодом повторения Т₀. Селектор по углу является вспомогательным элементом, необходимым при определении статистических характеристик СП.

С выхода селектора по углу ( Х8) отсчетные значения, соответствующие одному элементу разрешения по дальности, поступают на цифровую линию задержки (ЦЛЗ), выполненную на регистрах сдвига ( )D1, D2. Общее число разрядов в линии задержки определяется числом импульсов в пачке m=16. Синхронизация ЦЛЗ происходит с помощью импульсов сдвига, поступающих на вход синхронизации (С) и совпадающих по времени со стробом данного канала дальности. При реализации алгоритма обнаружения в качестве сумматора используется реверсивный счетчик (СТ2)D3, число разрядов которого . Так как угловое положение цели относительно импульса начала обзора неизвестно, а анализ числа накапливаемых выборочных значений необходимо производить в ограниченных пределах отсчетных значений подряд, в СП реализуется алгоритм «скользящее окно». При этом на суммирующий вход реверсивного счетчика (+1)D3 подаются выборочные значения (Х8), а на вычитающий вход реверсивного счетчика (–1)D3 должны подаваться те же значения, но задержанные на интервал (m–1)Т_п.

На рис. 2. показаны коды 1-го (Выход 1р РВС Х10) и 4-го (Выход 1V р РВС Х11) разрядов D3, а также числовое значение его выходного пятиразрядного кода. Выходной пятиразрядный код D3 по параллельной шине поступает в устройство сравнения с цифровым порогом . На выходе устройства сравнения (Х12) возникает сигнал логического 0 в момент равенства кодов на его входах. По первому отрицательному перепаду Х12 (1 0) осуществляется формирование импульса обнаружения (Х13).

направленности антенны) происходит облучение ее несколькими При реализации алгоритма оценки центра пачки в качестве сумматоров, образующих суммы выборочных значений на первых позициях и последующих позициях в пределах «скользящего окна» используются реверсивные счетчики D4, D5, число разрядов которых , причем вследствие того, что последовательность отсчетных значений, поступающая на вход (+1) D5, образуется из сигнала с выхода ЦЛЗ и тактовых импульсов, задержанных на Т_п/2 относительно строба , при формировании отсчетной последовательности, поступающей на вычитающий вход D5, возникает необходимость дополнительно задержать тактовый импульс, что осуществляется в генераторе задержки Г_τ. Сигналы 1-го разряда D4 (Выход 1р РВС1 Х14) и D5 (Выход 1р РВС2 Х15), изображены на рис. 2, там же представлены числовые значения выходных кодов. Выходные коды D4 и D5 по четырехразрядным шинам поступают на схему определения большего числа, по выходному сигналу которой (при условии наличия сигнала обнаружения) формируется положительный перепад напряжения (Выход ЦК2 Х16). Генератор короткого импульса по положительному перепаду (Х16) формирует импульс центра пачки (Х17). Формирование импульсов оценки центра пачки осуществляется из последовательности счетных импульсов оценки положения центра пачки, начинающейся в момент начала обзора и следующей с периодом , и инверсного сигнала (Х16).

Наличие бинарного квантования входной смеси в ПУ позволяет рассматривать его для каждого дальномерного канала как устройство обнаружения одиночного импульса и вероятностью правильного обнаружения одиночного импульса В целом работа СП характеризуется величинами рабочие характеристики используемого СП представлены на рис.3. Полная ошибка в измерении положения центра пачки представляет собой сумму дисперсий флуктуационной ошибки , ошибки за счет дискретности зондирующего сигнала , ошибки за счет дискретизации интервала измерения . Нормированное значение среднеквадратичного отклонения суммарной ошибки

.

6.2. Порядок выполнения лабораторного задания

1) Включение лабораторной установки. Включить лабораторную установку переключателем S1 (положение "Вкл".) По загоранию VD1 убедиться в наличии питающих напряжений. Включить осциллограф С1-65, синхронизация осциллографа внешняя (1:1) с гнезда "Синхр" (Х20).

2) Исследование работы специализированного процессора.

а) Контроль функционирования СП. Установить максимальную амплитуду полезного сигнала (R1) и минимальный уровень шума (R2). Включить устройство АРПК (S2). Наблюдать и зарисовать сигналы в контрольных точках Х1-Х17.

б) Определение вероятностей Р_ш, F. Произвести определение Р_ш, F в соответствии с методикой раздела 4 (уровень шума максимальный). Сопоставить экспериментальные и теоретические результаты (рис.3а).

в) Определение качественных характеристик обнаружения Р_сш, D. Произвести определение Р_сш, D в соответствии с методикой раздела 4 при амплитуде сигнала U_co= 0.6В. Сопоставить экспериментальные и теоретиче-ские результаты. Отношение сигнал/шум q₀ на входе устройства обработки определяется по графикам Р_сш= Р_сш(Р_ш, q₀) (рис.3а).

г) Определение точностных характеристик СП. Не изменяя амплитуду сигнала и уровень шума, произвести оценку положения центра пачки и рассчитать дисперсию оценки центра пачки по методике пункта 4.3 при числе достоверных оценок N_исп=20. Сопоставить расчетные и экспериментальные результаты (рис.3г).

д) Произвести определение Р_сш, D, s_в при меньшем отношении с/ш, для чего амплитуду сигнала уменьшить до 0,3-0,5 В и повторить пп.2б, 2в,2г.

е) показать результаты проведенных экспериментов преподавателю.