8.1. В лабораторной работе № 28 специализированный процессор обработки пачки импульсов состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), модифицированного знакового обнаружителя одиночного импульса (МЗО), равновесного накопителя пачки бинарно-квантованных импульсов, реализующего алгоритм обнаружения .
Структурная схема лабораторной установки представлена на рис.7. Она включает имитатор отраженного сигнала А1, специализированный процессор цифровой обработки пачки некогерентных радиоимпульсов А2, синхронизатор А3, устройство статистической обработки А4, цифровой пятиразрядный дисплей А5, источник вторичного электропитания А6.
Рис.5.Упрощенная структурная схема цифрового процессора в лабораторной работе № 26 и сигналы в контрольных точках
Рис.6. Рабочие характеристики спецпроцессора в виде цифрового автомата (ЦА) 3/4–2 при m=16: а) зависимость вероятности ложной тревоги F от Pш ; б) зависимость дисперсии оценки положения центра пачки от отношения сигнал/шум; в) характеристики обнаружения пачки импульсов
В имитаторе отраженного сигнала формируется сигнал в виде пачки радиоимпульсов с помощью генератора радиоимпульсов (ГИ), регулировка амплитуды которого осуществляется резистором "Уровень сигнала", и шумовое напряжение с помощью генератора шума (ГШ), уровень которого регулируется резистором "Уровень шума".
Для проверки режима подавления более слабой цели формируются сигналы, отраженные от двух разнесенных по дальности целей, одна из которых может перемещаться по дальности. Временная задержка второй цели относительно первой регулируется от 0 до 80 мкс резистором "Дальность 2".
В синхронизаторе формируются последовательности синхрони-зирующих импульсов СП, импульс начала обзора (L НО) для синхронизации осциллографа, а также устройств А4,А5.
Смесь сигнала и шума поступает на вход УПЧ. Для трехкаскадного резонансного усилителя оптимальная полоса пропускания по уровню 0.7 составляет Dfупч=0,8/tи; для импульса длительностью 5 мкс полоса пропускания составляет 160 кГц. С выхода УПЧ сигнал поступает на амплитудный детектор, где происходит выделение огибающей суммарного сигнала. Cпециализированный процессор состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), модифицированного знакового обнаружителя одиночного импульса (МЗО), равновесного накопителя пачки бинарно-квантованных импульсов, реализующего алгоритм обнаружения
.
Для исключения влияния нестационарности шума на уровень вероятности ложной тревоги кроме систем шумовой автоматической регулировки усиления в приемнике и автоматической регулировки порога квантования в параметрическом обнаружителе одиночного импульса может использоваться непараметрический (не зависящий от мощности и распределения шума) обнаружитель, который обеспечивает постоянство вероятности ложной тревоги при достаточно слабых ограничениях на известность статистических характеристик шума, - модифицированный знаковый обнаружитель. Сигнал с выхода амплитудного детектора подается на линию задержки с отводами (n = 5-10), задержка между отводами равна интервалу временной дискретизации входного процесса, в данном случае Tд=1/Δfупч.
Рис.7. Структурная схема установки для выполнения лабораторной работы № 28.
Рис.8.Упрощенная структурная схема спецпроцессора со стабилизацией вероятности ложной тревоги и сигналы в контрольных точках
Выходное напряжение со среднего отвода сравнивается в компараторах с уровнями напряжения от предшествующих и последующих отводов. Напряжение на выходах компараторов равно единице, если уровень напряжения в среднем отводе выше, чем в соседних отводах, т.е. в качестве порога обнаружения одиночного импульса используется не постоянное пороговое напряжение U0, а уровень шумового напряжения в соседних элементах разрешения. На выходе схемы совпадения формируются импульсы стандартной длительности и амплитуды, если на всех ее входах одновременно присутствуют единицы. Дальнейшая обработка осуществляется в цифровом накопителе. Структурная схема СП, форма напряжений в контрольных точках, поясняющих его работу, представлены на рис.8.
Рабочие характеристики СП со стабилизацией вероятности ложной тревоги приведены на рис. 9: а) характеристики обнаружения одиночного импульса МЗО в сравнении с характеристиками обнаружения одиночного импульса в ПУ с постоянным порогом обнаружения, б) характеристики обнаружения пачки некогерентных импульсов при использовании в качестве обнаружителя одиночного импульса МЗО, в) и г) зависимость вероятностей Рш и Рсш от разрядности АЦП и коэффициента корреляции выборочных значений шумового напряжения в соседних отводах цифровой линии задержки МЗО. Вероятность pш не зависит от мощности шума и закона распределения. Требуемая величина pш обеспечивается выбором числа отводов линии задержки.
Устройство статистической обработки предназначено для определения качественных характеристик обнаружения и вывода результатов на цифровой индикатор. С помощью переключателя "МЗО/ЦН" подается команда: работать либо с информацией от МЗО, либо с информацией от ЦН. В положении "МЗО" исследуются характеристики обнаружения одиночного импульса (Рсш и Рш) с помощью МЗО в одном канале по дальности, в положении "ЦН" исследуются характеристики обнаружения пачки некогерентных импульсов (D и F) с помощью цифрового накопителя типа "скользящее окно" "К0 из m" в одном элементе разрешения по дальности и угловым координатам. Включение источника электропитания осуществляется переключателем S1. Контроль включения установки производится по светодиодному индикатору.
8.2. Порядок выполнениялабораторного задания
1. Включить питание установки и приборов: осциллографа С1-65 и милливольтметра В3-48. Синхронизация осциллографа внешняя 1:10 "+" с разъема "Синхр." установки.
2. Исследовать работу специализированного процессора.
а) Поставить переключатель III в положение I - выход АД. Проверить действие регулировок "Уровень шума" и "Уровень сигнала".
Наблюдать и зарисовать сигналы в контрольных точках устройства обнаружения при минимальном и максимальном уровне шума и максимальном уровне сигнала, переключая контрольные точки переключателем П 1 ( рис.7): КТ1 -выход АД; КТ2 - выход МЗО; КТ3 - выход цифрового обнаружителя.
Рис.9. Рабочие характеристики спецпроцессора с модифицированным знаковым обнаружителем
б) Исследовать эффект подавления близкой слабой цели в МЗО. Поставить переключатель П 1 в положение КТ 1. Тумблером "Цель 2" включить вторую цель. Регулировкой уровня сигнала получить разные амплитуды отметок от целей. Цель 1 должна быть примерно вдвое меньше по амплитуде цели 2 (на экране осциллографа).
Поставить П 1 в положение 2, перемещая вторую цель регулировкой "Дальность цели 2" от максимально возможной дальности наблюдать эффект подавления более слабой цели. Определить по осциллографу минимальную разность задержек, при которой эффект подавления не наблюдается. Выключить вторую цель.
3. Определить зависимость вероятности ложной тревоги Рш от sш.
а) С помощью вольтметра В3-48 выставить уровень шума на выходе детектора 110 мВ. Амплитуду сигнала при этом сделать равной 0, поставить ручку "Уровень сигнала" в крайнее левое положение. Тумблер "МЗО/ЦН" поставить в положение "МЗО";
б) нажать кнопку "Сброс - пуск" и снять показания счетчика после того, как погаснет индикатор "счет";
в) по показаниям цифрового индикатора определить Рш=Nобн/104;
г) сравнить полученные значения с расчетными данными;
д) повторить пункты а-г для нескольких (3-4) значений sш;
е) построить зависимость Рш=Рш(sш).
4. Определить вероятность ложной тревоги F для СП.
а) перевести переключатель "МЗО/ЦН " в положение "ЦН", а тумблер "F" - в положение F;
б) установить максимальное значение уровня шума;
в) нажать кнопку "Сброс - пуск" и снять показания счетчика после того, как погаснет индикатор "счет";
г) по показаниям цифрового индикатора определить F=Nобн/104;
д) сравнить полученные результаты с расчетом на ЭВМ.
5. Определение качественных характеристик обнаружения одиночного импульса Рсш и пачки некогерентных импульсов D.
а) Установить максимальный уровень шума и измерить его значение прибором В3-48;
б) выключить шум тумблером "Шум";
в) установить некоторый уровень сигнала, измерить по сетке осциллографа его уровень и определить текущее соотношение "сигнал/шум" q=Ас/sш;
г) включить шум тумблером "Шум";
д) включить режим "МЗО", нажать кнопку "Сброс - пуск", снять показания счетчика, определить Рсш=Nобн/104;
е) включить режим "ЦН", нажать кнопку "Сброс - пуск", снять показания счетчика, определить D=Nобн/103;
ж) повторить пункты (б-е), меняя амплитуду сигнала;
з) по результатам измерений построить графики Рсш(q) и D(q), сравнить их с расчетными.
6. Показать экспериментальные результаты преподавателю.
9. Обработка экспериментальных результатов.
1) Построение доверительных интервалов для вероятностей Рш, Рсш, D,F. Границы доверительных интервалов определяются из выражений:
где р1,2- границы достоверной оценки соответствующей вероятности,
рÙ- экспериментальная оценка соответствующей вероятности, N - число испытаний, x - параметр, определяемый доверительной вероятностью Рдов [1]. При Рдов = 0,9 x = 1,65.Оценка границ доверительного интервала по приведенной формуле справедлива при условии
2) Построение доверительного интервала оценки центра пачки и дисперсии оценки центра пачки. Доверительный интервал среднеквадратичного отклонения оценки центра пачки определяется из соотношения
где sq/qэл - опытная оценка относительного СКО угла q, а xs - параметр, определяемый по графику рис.8.3. [1] для N=Nисп и Рдов=0.9.
Доверительный интервал оценки центра пачки определяется из соотношения
где q/qэл - опытная оценка относительного математического ожидания угла q, а xs - параметр, определяемый из графика рис.8.2. [1] для N=Nисп и Рдов=0.8.
Нанести на графики границы доверительных интервалов.
Контрольные вопросы и упражнения
1) Запишите алгоритм и нарисуйте структурную схему аналогового устройства, реализующего оптимальный алгоритм: а) для обнаружения пачки некогерентных импульсов; б) для оценки положения центра пачки.
2) Сравните алгоритм и структурную схему исследуемого СП с оптимальным аналоговым.
3) Поясните выбор порога квантования U0 аналогового сигнала и цифрового порога обнаружения пачки сигналов К0, при флуктуирующем и нефлуктуирующем сигнале.
4) Покажите, как изменится структурная схема устройства обработки (СФОИ, СП) при изменении вида сигнала (ЛЧМ, ФМ) и вариации его параметров (Тп, tи, Dfc, m). Чем определится выбор частоты дискретизации дальности (t1) в СП?
5) Сравните характеристики обнаружения оптимального аналогового обнаружителя и исследуемого цифрового СП.
6) Сравните точностные характеристики оптимального аналогового измерителя центра пачки и цифрового СП.
7) Покажите, как изменяются рабочие характеристики СП при изменении sш при включенной и выключенной системе АРПК.
8) Поясните недостатки и преимущества цифровой обработки сигналов с точки зрения: а) потерь пороговой энергии; б) стабильности статистических характеристик; в) затрат на реализацию, настройку и эксплуатацию.
9) Поясните работу многоканального по дальности СП.
10) Поясните, как осуществляется многоканальность по дальности СП, какие требования предъявляются к элементам СП.
11) Как осуществляется съем данных о дальности и угловом положении обнаруживаемой цели?
12) Поясните принцип работы МЗО. В каких тактических условиях работы РЛС возникает потребность применения МЗО? Покажите положение МЗО в структурной схеме обнаружителя.
13) Пояснить выбор числа отводов в ЦЛЗ МЗО и цифрового порога обнаружения при флуктуирующем и нефлуктуирующем сигнале.
14) Оценить влияние разрядности АЦП на качественные характери-стики МЗО. Пояснить выбор числа разрядов АЦП в МЗО. (Факультативно).
15) Оценить влияние коэффициента корреляции выборочных значений шума в соседних интервалах разрешения по дальности на качественные характеристики МЗО.
16) Оценить влияние соотношения амплитуд двух целей, располо-женных в двух смежных интервалах разрешения по дальности, на вероятность правильного обнаружения цели 1 (на основании проведенного эксперимента).
.
.
