Курсовая работа: Цифровой согласованный обнаружитель сигналов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Анализ ТЗ

2 Линейно частотно-манипулированные сигналы

3 Согласованный фильтр

4 Моделирование

4.1 Создание ЛЧМ–сигнала и пачки состоящей из пяти импульсов

4.2 Создание согласованного фильтра и его импульсной характеристики

4.3 Прохождение через согласованный фильтр

4.4 Создание накопителя и прохождение через него

4.5 Создание детектора и прохождение через него

4.6 Создание порогового устройства и анализ полученного результата

5 Функциональная схема цифрового согласованного обнаружителя сигналов

Заключение

Список литературы


ВВЕДЕНИЕ

Основным назначением любого приемника является выделение (обнаружение) полезного сигнала или его параметров из действующей на входе приемника аддитивной смеси сигнала и помехи (шума). Среди прочих задач можно выделить задачу обнаружения полезного сигнала, она состоит в том, чтобы определить, имеется ли в действующем на входе приемника колебании полезный сигнал или оно образовано только помехой (шумом). Приемник в результате решения этой задачи должен дать ответ типа “да” или “нет”, т.е. имеется ли полезный сигнал или нет.

Обнаружение, прием и обработка сигналов производится по определенным правилам, а оптимальная решающая схема построения приемного устройства, работающего в условиях различных помех, находится методом теории статистических решений, при заданном критерии качества. Приемник с оконечными устройствами, работающими по определенным правилам, будет выдавать различные решения, одни из которых будут верными (о наличии сигнала в анализируемой смеси), а другие ошибочными.

Для решения задач обнаружения строят оптимальные приемники, в состав которых входят линейные фильтры, а именно согласованные. Выбор критерия оптимальности определяется решаемой задачей.

В данной курсовой работе входными сигналами является пачка, состоящая из линейных частотно – манипулированных (ЛЧМ) сигналов с заданными значением частоты девиации.


1 Анализ технического задания

Согласно заданию, необходимо спроектировать цифровой согласованный обнаружитель сигналов для пачки, состоящей из пяти ЛЧМ – импульсов с заданным значением частоты девиации, а именно девиация равна 1 МГц, а частота входного сигнала 4 МГц, тогда по теореме Котельникова (частота дискретизации должна быть как минимум в 2 раза больше максимальной частоты сигнала) возьмем частоту дискретизации равной 10 МГц.

Необходимо организовать согласованный прием каждого импульса, накопление, для этого используем накопитель, и детектирование сжатых сигналов, для этого используем детектор, состоящий из фильтра низких частот и устройства взятия модуля . По заданию должен осуществляться когерентный прием, то есть он происходит при следующих условиях:

·  передаваемые сигналы полностью известны

·  канал связи имеет известные параметры

·  помеха носит аддитивный характер

·  синхронизация сигналов является идеальной

Согласно этим условиям и осуществляется когерентный прием.

Так как параметры ЛЧМ - сигнала должны быть известны, то примем изначально, что фаза равна нулю.

Структуру обнаружителя можно определить следующим образом:

Рисунок 1- Структурная схема цифрового согласованного обнаружителя сигналов


2 Линейные частотно – манипулированные сигналы

Подобный сигнал изображен на рисунке 2,а, а закон изменения частоты заполнения импульса – на рисунке 2,б.

Рисунок 2 – ЛЧМ – импульс (а) и

изменение частоты его заполнения(б).

Мгновенную частоту заполнения  можно определить выражением:

                                                                                (1)

где                                                                     (2)

есть скорость линейного изменения частоты внутри импульса. Тогда мгновенное значение колебания, представленного на рисунке 2, а, можно записать в виде:

 ,                    (3)

Произведение полной девиации частоты на длительность импульса

                                                                                                (4)

является основным параметром ЛЧМ – сигнала.[1]


3 Согласованный фильтр

Оптимальный по критерию максимума отношения:

 ,                                                                                          (5)

где  - возможный максимум (пика) сигнал y(nT);

T – период дискретизации;

 - среднеквадратичное (эффективное) значение шума линейный фильтр называется согласованным (СФ) с сигналом.

Согласованный фильтр, являясь линейным, полностью описывается импульсной hСФ(nT) и частотной HСФ(ejwt) характеристиками, которые связаны между собой преобразованием Фурье:

                                                                 (6)

Импульсная характеристика СФ является «зеркальным отражением» согласованного с ним сигнала:

                                                                               (7)

Соответственно амлитудо – частотная характеристика (АЧХ) определится как модуль частотной:

                                                                                  (8)

а фазочастотная характеристика(ФЧХ) как аргумент частотной. [2]


4 Моделирование

Моделирование будем выполнять в программной среде MATLAB 7.0. Для начала необходимо создать один ЛЧМ - сигнал, а затем сформировать из пяти таких импульсов пачку, пропустить через СФ, подать на накопитель для формирования сжатого сигнала, после чего детектировать с помощью детектора. Затеи отправить на пороговое устройство, чтобы определить наличие полезного сигнала и дать решение о том, сигнал был или нет. Рассмотрим каждый из этих этапов более подробно.

4.1 Создание ЛЧМ импульса

Исходными данными являются частота входного сигнала f0= 4МГц, девиация равна 1 МГц, это значит, что частота линейно изменяется от 3 МГц до 5 МГц. Длительность импульса равна 50 мкс.

Для того чтобы построить ЛЧМ – импульс, необходимо определить и построить закон изменения частоты. В результате получаем , изобразим его:


Рисунок 3 – Закон изменения частоты заполнения

Построим сам импульс в соответствии с данным законом изменения частоты заполнения.

Рисунок 4 – ЛЧМ – импульс


Теперь сформируем пачку из пяти таких импульсов периодом следования Т=500 мкс и добавим в канал аддитивный шум, так как он необходим для когерентного приема. Получаем:

Рисунок 5 – Изображение шума

Рисунок 6 – ЛЧМ – импульс с шумом

Рисунок 7 – Пачка из пяти ЛЧМ – импульсов с шумом

Как видно из рисунка 5, амплитуда шума больше амплитуды сигнала, поэтому отношение С/Ш в данном случае равно 0.0683.

4.2 Создание согласованного фильтра и его импульсной характеристики

При синтезе исходим из того, что импульсная характеристика согласованного фильтра (СФ) должна представлять собой “зеркальную” копию выделяемого сигнала с обращенным во времени порядком следования отдельных позиций. Получаем:


Рисунок 8 – Изображение импульсной характеристики СФ без шума

Рисунок 9 – Изображение импульсной характеристики СФ с шумом

Все дальнейшие операции, то есть накопление и детектирование, будем производить при наличии аддитивного шума, изображенного на рисунке 5.


4.3 Прохождение через согласованный фильтр

Как было сказано выше, в канале присутствует шум.

Рисунок 10 – Реакция СФ на один ЛЧМ – импульс

4.4 Создание накопителя и прохождение через него

обнаружитель сигнал частотный фильтр

Накопитель создадим с помощью блоков повторения через период Т=500мкс, таким образом, их будет четыре, так как необходимо получить пачку из пяти импульсов, и с помощью сумматора, который суммирует их и получит сжатый сигнал . После всех этих операций получаем:


Рисунок 11 – Сигнал на выходе накопителя

4.5 Создание детектора и прохождение через него

Как было показано в структурной схеме, детектор состоит из устройства взятия модуля и ФНЧ. Для подавления лепестков сжатого сигнала используем метод взвешивания импульсной характеристики. Новая импульсная характеристика формируется по правилу:

h' (nT) = W (nt) * h (nT)

где W (nT) - весовая функция или "сглаживающее окно".

Находят применение различные типы окон, например "окно Хэмминга”:

W=0.42+0.5*cos(2*pi*n/N)+0.08*cos(4*pi*n/N); с помощью этого окна «взвесим» импульсную характеристику ФНЧ. На выходе детектора получаем следующий сигнал:


Рисунок 12 – Сигнал на выходе детектора

4.6 Создание порогового устройства и анализ полученного результата

Значение порога выбираем экспериментально, возьмем значение порога равным пяти, сравним возможный максимум (пик) полученного сигнала с этим порогом, при этом примем, что если полезный сигнал присутствует, то на выходе порогового устройства выдается прямоугольный импульс с амплитудой 1 на заданном интервале времени. Получаем следующий результат.


Рисунок 13 – Сигнал на выходе порогового устройства

По рисунку 13, определяем, что в канале в интервале от 48мкс до 52 мкс присутствует полезный сигнал.

Здесь продемонстрирован прием лишь при одном значении С/Ш, использовали это значение, так как оно показывает наиболее реальную ситуацию, когда шум больше сигнала. Таким образом, можно сделать вывод, сто чем больше отношения С/Ш, тем лучше будет прием сигналов.


5 Функциональная схема цифрового согласованного обнаружителя сигналов


                                                                                Порог

 «1»

Рисунок 14 - Функциональная схема цифрового согласованного обнаружителя сигналов


Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы был спроектирован цифровой согласованный обнаружитель сигналов, с помощью согласованного фильтра, накопителя, состоящего из блоков повторения через период и сумматора, детектора, состоящего из устройства взятия модуля и ФНЧ, и с помощью порогового устройства.

Была сформирована пачка из пяти ЛЧМ – импульсов , для этих импульсов были заданны длительность и периодом повторения, а также частота входного сигнала и девиация, была получена импульсная характеристика используемого согласованного фильтра.

Согласно заданию было необходимо организовать согласованный прием каждого импульса, что и было сделано с помощью среды моделирования MATLAB.


Приложение 1 : Текст написанной программы

clc;

clear all;

Fd=10; % Частота дискретизации, МГц

f0=4; % Частота сигнала, МГц

t=0:1/Fd:2500; % время в микросекундах

T=1/Fd; % период дискретизации

f=0.04*t+3;%построим закон изменения частоты

figure (1);

plot (t(1:500),f(1:500));

grid on;

xlabel('time,microsec');

ylabel ('frequency,MegaHz');

title('Zakon izmenenyia');

% создание шума

Noise=randn(1,25001);

figure (2); % вывод на экран изображение шума

plot (t(1:25000),Noise (1:25000));

xlabel ('Time, microsec');

ylabel ('Amplitude, V');

grid on;

title ('Noise');

% % создание ЛЧМ-импульса

 S=cos(2*pi*(0.04*t+3).*t)+ Noise;

% S=cos(2*pi*(0.04*t+3).*t)

figure (3);

plot(t(1:500),S(1:500));

grid on;

xlabel('time, microsec');

ylabel ('amplitude, V');

title('Signal')

% создаем соглаcованный фильтр

for q=1:1:500

h_SF(q)=S(501-q);

end

figure (4);

plot (t(1:500),h_SF(1:500));

grid on;

xlabel('frequency,MegaHz');

ylabel ('amplitude, V');

title('Impulse haracneristic')

% реакция согласованного фильтра на один ЛЧМ-импульс

ReactionSF1=filter (h_SF,1,S)./(0.5*50*10);

figure (5); % вывод на экран реакции

plot (t(1:1000),ReactionSF1(1:1000));

grid on;

xlabel('time, microsec');

ylabel ('amplitude, V');

title('Reaction for 1 imp');

% создание пачки из 5 ЛЧМ-импульсов

P=zeros(1,25000);

for i=1:5000:25000

P(i+1:i+500) = S(1:500);

end

figure(6);

plot(t(1:25000),P(1:25000));

grid on;

xlabel('time, microsec');

ylabel ('amplitude, V');

% Вычисляем уровень сигнал\шум

Noise_v_kv = power (Noise,2);

z=trapz(t,Noise_v_kv); % вычисление среднеквадратичного значения шума

P_N=max(abs(P))./sqrt(z);

disp (P_N);

% формируем накопитель

for q=1:1:500;

for i=1:5000:25000;

 h_1(q) = P((501-q)+i);

 end

end

ReactionSF = filter(h_1,1,P)./(0.5*50*10);

figure (7);

plot(t(1:25000),ReactionSF(1:25000));

grid on;

xlabel ('time, microsec');

ylabel ('amplitude, V');

title('Reaction for 5 imp');

for i = 5000:5000:25000

 Reaction=ReactionSF(1:1000)+ReactionSF(i+1:i+1000);

figure (8);

plot(t(1:1000),Reaction(1:1000));

grid on;

xlabel ('time, microsec');

ylabel ('amplitude');

title('On exit of nakopitel')

%создание детектора

reaction=abs(Reaction);

figure (9);

plot(t(1:1000),reaction(1:1000));

%создание ФНЧ, входящего в состав детектора

N =10;

 

f1=0.2; f2=0.3;

f0=(f1+f2)/2;

d1=3; d2=50;

n = -(N-1)/2:1:(N-1)/2; %отсчеты

N0=(f2-f1)/2;

Hn =sin(f0*2*pi*n)./(n*pi); %задание ИХ

[H,w]=freqz(Hn,1,1024);% АЧХ фильтра

W1=HAMMING(N)'; % применяем окно в качестве взвешивающей функции

[Hw1,ww1]=freqz(W1,1,1024); % часть характеристики окна

h1=Hn.*W1;

[H1,w1]=freqz(h1,1,1024);

 F_h=filter(h1,1,reaction);

figure(10);

 plot(t(1:1000),F_h(1:1000));

grid on;

xlabel ('Time, microsec')

ylabel ('Amplitude');

title('On exit of detector');

 % пороговое устройство

priem=zeros (1, 1000);

 if max (reaction)> 2; % порог

 priem(480:520) = 1;% max (vuhod_modul);

 disp('сигнал был');% вывод на экран

 end

 figure (11);

 plot(t(1:1000),priem(1:1000));

 grid on;

xlabel ('Time, microsec');

ylabel ('Amplitude, V');

title ('Priem');

Машины, которые говорят и слушают
УДК 621.391 Рассмотрены современныэ тенденции развития систем автоматического распознавания и синтеза речевых сигналов. Освещены проблемы построения ...
В системе запоминаются соответствующие различным аллофонам коэффициенты фильтра, коэффициент передачи фильтра, частота сигнала возбуждения,используемого для управления фильтром.
Дискретный сигнал на выходе фильтра вычисляется по сигналу на входе Е(п) и отклику (реакции) h(n) фильтра на единичный импульс 6(ri), равный единице в дискретные моменты времени п ...
Раздел: Рефераты по кибернетике
Тип: реферат
Цифровая обработка сигналов
ВВЕДЕНИЕ В ЦИФРОВУЮ ОБРАБОТКУ СИГНАЛОВ Содержание. 1. Дискретные сигналы 1.1. Дискретизация непрерывных сигналов 1.2. Связь спектров дискретных и ...
Нерекурсивный фильтр позволяет получить четную или нечетную импульсную характеристику и, как результат, линейную ФЧХ или произвольной АЧХ, что следует из теоремы о спектре четных и ...
5.1, а,в показана форма сигналов на входе и выходе ЦАП на примере импульсной характеристики в форме прямоугольного импульса длительностью t (Рис.
Раздел: Рефераты по радиоэлектронике
Тип: реферат
Приемник цифровой системы передачи информации ВЧ-каналом связи по ВЛ
РЕФЕРАТ Целью дипломной работы является разработка функциональной схемы блока приемника цифровой системы передачи информации высокочастотным каналом ...
При такой частоте импульсов на выходе приемного фильтра помехи от короны являются флуктуационными практически в любой полосе частот, используемой отдельными каналами в системах ВЧ ...
Блок обработки ВЧ-сигнала - БОВЧ представляет собой цепь защиты входа от импульсной помехи и фильтр нижних частот (1,1 МГц), обеспечивающий подавление помех в полосе зеркальных ...
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: дипломная работа
Измеритель коэффициента шума
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Радиотехнический факультет ...
ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА, КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА, КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ, БЛОК ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА, СМЕСИТЕЛЬ, ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ.
Для понимания смысла наложения спектров сначала рассмотрим случай выборки с частотой одночастотного сигнала синусоидальной формы частоты , осуществленной идеальным импульсным ...
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: дипломная работа
Расчет линии связи для системы телевидения
Содержание 1. Введение 1.1. Общее описание системы спутникового телевизионного вещания 1.2. Краткое описание параметров системы связи 1.3.Краткое ...
Стандартом ТВ сигнала называют совокупность определяющих его основных характеристик, таких как способ разложения изображения, число строк и кадров, длительность и форма ...
3.1.2) к эффективному значению шума, измеренному взвешивающим фильтром с полосой от 10 кГц до верхней частоты сигнала 6 МГц.
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: курсовая работа