Лекция по авиационной электросвязи. 6. основы оптимального приёма радиосигналов

• Название: 6. основы оптимального приёма радиосигналов
• Анкор: Лекция по авиационной электросвязи
• Дата: 14.11.2020
• Размер: 248.51 Kb.
• Имя файла: AES_6-7.docx
• Тип: Документы; #150448
• страница: 2 из 5

6.2. Методы и средства оптимального приёма радиосигналов

Одним из известных методов оптимального приёма (обнаружения) сигналов является корреляционный приём, при котором осуществляется перемножение принимаемого сигнала y(t) и его копии s(t), усреднение результата перемножения (вычисление значения функции взаимной корреляции или корреляционного интеграла) z(t) и сравнение с новым пороговым уровнем Z₀ (рис.38).



Рис. 38. Корреляционный приём

Структура обнаружителя, использующего корреляционную обработку принимаемого сигнала, определяется последовательностью операций, выполняемых при вычислении функции взаимной корреляции между входным воздействием y(t) и копией сигнала s(t), сформированной в момент появления принимаемого сигнала

, (6.5)

где T – интервал наблюдения. При этом максимум корреляционного интеграла достигается в момент окончания входного сигнала (рис. 39).

Результатом сравнения значенияz(t) с новым пороговым уровнем Z₀ является принятие решения о наличии или отсутствии полезного сигнала во входном воздействии. Новый пороговый уровень Z₀ связан с уровнем l₀ следующим соотношением

Z₀ = E/2 + (N₀/2)lnl₀, (6.6)

где E – энергия сигнала, N₀ – спектральная плотность мощности шума (имеет размерность энергии).

Известно, что такой алгоритм и структура оптимального приёма сигналов обеспечивает максимально достижимое отношение полезного сигнала к шуму по мощности

q² = 2E/N₀. (6.7)

Практическая реализация алгоритма корреляционного приёма существенно снижает вероятности «пропуска сигнала» и «ложной тревоги», что в целом значительно повышает достоверность решения задачи обнаружения полезного сигнала в его смеси с шумами и помехами (рис. 39).

Основными особенностями корреляционного приёма сигналов являются:

• 
  получение максимально возможного отношения «сигнал/шум», за счёт которого повышается достоверность обнаружения;
  
• 
  структура приёмника оптимальна для любых критериев (меняются только пороговые уровни);
  
• 
  структура и функционирование приёмника справедливы для любой формы сигнала, т.к. для обнаружения важна только величина энергии сигнала;
  
• 
  необходимо точно знать момент прихода принимаемого сигнала (это не всегда возможно);
  
• 
  в общем случае форма сигнала изменяется (выходной сигнал приёмника является корреляционной функцией входного).
  

Рис. 39. Иллюстрация алгоритма корреляционного приёма сигналов:
а) – входное воздействие (смесь полезного сигнала с шумом),
б) – копия полезного сигнала, сформированная в месте приёма,
в) – значения корреляционного интеграла ( максимум в момент окончания входного сигнала)

Другим методом оптимального приёма (обнаружения) является согласованная фильтрация сигналов, основанная на применении специальных оптимальных фильтров, параметры которых согласованы согласованы с параметрами принимаемых сигналов.

Согласованным называют фильтр, у которого:

• 
  АЧХ совпадает по форме с амплитудным спектром принимаемого сигнала;
  
• 
  ФЧХ обеспечивает дополнительный фазовый сдвиг для каждой спектральной составляющей равный по величине, но противоположный по знаку (обратный) исходному значению.
  

Структура оптимального приёмника состоит из согласованного фильтра и порогового устройства (рис. 40).



Рис. 40. Структура оптимального приёмника с согласованным фильтром

Основные достоинства и недостатки согласованной фильтрации:

• 
  обеспечение максимально возможного отношения «сигнал/шум», такого же, как и у корреляционного приёмника (6.7);
  
• 
  нет необходимости знать точное время прихода сигнала;
  
• 
  на выходе согласованного фильтра сигнал по своей спектральной структуре не отличается от шума, т.е. согласованный фильтр наилучшим образом использует различие спектральных характеристик входного сигнала и входного шума, чтобы своим действием ликвидировать эти различия (поэтому его можно использовать только один раз);
  
• 
  форма сигнала на выходе согласованного фильтра такая же, как и у корреляционного приёмника (корреляционная функция входного сигнала);
  
• 
  конструкция фильтра зависит от формы сигнала, т.е. он будет согласован только с одним типом сигналов.
  

Часто согласованные фильтры выполняются на основе эффекта поверхностных акустических волн с применением хорошо отработанных технологий производства интегральных микросхем.