Реферат. РТС-1205_Анализ_шумоподобных_сигналов_для_радиолокационных_и_свя. Анализ широкополосных сигналов для современных радиолокационных и связных станций
 Скачать 382.67 Kb.
|
Анализ широкополосных сигналов для современных радиолокационных и связных станций Довольно долгое время единственным переносчиком информации являлось синусоидальное колебание. Появления техники радиолокации и освоение УКВ привело к появлению нового вида носителя информации в виде периодической последовательности импульсов с синусоидальным заполнением. В последние десятилетия появился новый вид носителя информации – широкополосный шумоподобный сигнал. Благодаря принципиально новым качествам, которые ему присущи, он нашел применение при решении различного рода проблем и сложных задач. Широкополосными (сложными, шумоподобными) сигналами (ШПС) называют такие сигналы, у которых произведения активной ширины спектра F на длительность T много больше единицы. Это произведение называется базой сигнала B. Для ШПС B = FT>>1 Широкополосными сигналы иногда называют сложными в отличие от простых сигналов (например, прямоугольные, треугольные и т.д.) с В=1. Поскольку у сигналов с ограниченной длительностью спектр имеет неограниченную протяженность, то для определения ширины спектра используют различные методы и приемы. Повышение базы в ШПС достигается путем дополнительной модуляции (или манипуляции) по частоте или фазе на времени длительности сигнала. В результате, спектр сигнала F (при сохранении его длительности T) существенно расширяется. Дополнительная внутрисигнальная модуляция по амплитуде используется редко. Известно большое число различных ШПС, свойства которых нашли отражение во многих книгах и журнальных статьях. ШПС подразделяются на следующие виды: • частотно-модулированные (ЧМ) сигналы; • многочастотные (МЧ) сигналы; • фазоманипулированные (ФМ) сигналы (сигналы с кодовой фазовой модуляцией - КФМ сигналы); • дискретные частотные (ДЧ) сигналы (сигналы с кодовой частотной модуляцией - КЧМ сигналы, частотно-манипулированные (ЧМ) сигналы); • дискретные составные частотные (ДСЧ) (составные сигналы с кодовой частотной модуляцией - СKЧM сигналы).[1] Наибольшее распространение в современных системах связи получили фазоманипулированные сигналы, в радиолокационных – линейно частотно-модулированные (ЛЧМ) сигналы. Метод формирования ФМ-сигнала Рассмотрим структуру приемника цифровой системы связи с фазоманипулированным сигналом, в которой передаются дискретные сообщения. Рисунок 1 – Передатчик ФМ-сигналов В передатчике, изображенном на рис.1 от источника информации ИИ последовательность двоичных 0 и1 со скоростью T 1 поступает на вход фазового модулятора ФМ. На второй вход ФМ поступает фазоманипулированный сигнал от генератора ФМ сигнала ГФМ. Фазоманипулированный сигнал имеет длительность T и представляет собой последовательность видеоимпульсов 1 и 0 длительностью N T 0 , где N – число импульсов. Обычно считают, что база сигнала примерно равна числу импульсов, т.е. N . Ширина спектра ФМ сигнала . Работой ГФМ управляет синхронизатор С, который формирует необходимые сигналы управления и частоты. Последовательность ШПС в виде ФМ сигналов, переносящая информационные символы, поступает в модулятор Мод, в котором осуществляется балансная модуляция колебания с несущей частотой ФМ сигналом. Колебание с несущей частотой создается генератором низкой частоты ГНЧ. Усилитель мощность УМ усиливает фазоманипулированный сигнал, а затем через антенну сигнал излучается в пространство. Метод формирования ЛЧМ – сигналов Для формирования ЛЧМ сигнала обычно используется дисперсионный фильтр. При подаче на вход дисперсионного фильтра расширения короткого импульса K t и H t – временные отсчеты окончания и начала сигнала, и шириной спектра или изменением несущей частоты H K f f f , где K f и H f – верхняя и нижняя частоты спектра сигнала (рис.1). Следует отметить, что зависимости времени задержки от частоты для сигнала t s , представленные на рис.1,а, являются идеализированными. Сигнал, отраженный от одиночной неподвижной цели и имеющий вид, аналогичный виду сигнала t s , поступает на вход приемника. Он отличается от излученного сигнала лишь задержкой во времени и меньшей амплитудой. Импульсная характеристика согласованного фильтра (СФ) t h , находящегося в приемнике, представляет собой обращенный во времени сигнал t s , в котором изменение частоты происходит в обратном направлении. Рисунок 2 - Формирование и сжатие ЛЧМ сигнала. 1- сигнал на входе фильтра расширения (ФР); t s - ЛЧМ сигнал; t h - импульсная характеристика согласованного фильтра (СФ); t g - сжатый сигнал на выходе СФ. [1] Групповое время запаздывания различных спектральных составляющих сигнала в согласованном фильтре зависит от их частоты (рис.2,а). Причем оно меняется таким образом, что все спектральные составляющие входного сигнала появляются на выходе одновременно, обусловливая наличие узкого корреляционного пика большой амплитуды. Выходной сигнал согласованного фильтра t g (рис.2,б), в виде узкого пика, называется сжатым сигналом (или корреляционным откликом). Ширина корреляционного пика f t СЖ 1 , где f - ширина спектра входного сигнала. По краям узкого пика расположены боковые лепестки. В общем случае ширина выходного пика намного меньше длительности входного сигнала T, поэтому согласованный фильтр называют также устройством сжатия импульсов. Отношение длительностей входного и выходного сигналов в согласованном фильтре называют коэффициентом сжатия; приближенно он равен f T t T K СЖ СЖ Дисперсионный фильтр расширения, формирующий ЛЧМ сигнал, и согласованный фильтр для сжатия ЛЧМ сигнала можно реализовать на основе дисперсионных акустоэлектронных линий задержки на ПАВ. Для устройств на ПАВ произведение f T 50...1000, и принцип сжатия импульса обеспечивает улучшение отношения сигнал-шум в 50 ... 1000 раз. На основе статьи [2] можно выделить следующие достоинства и недостатки современных типов формирователей ЛЧМ-сигналов, которые представлены в Таблице 1. Таблица 1 – Основные типы формирователей ЛЧМ-сигналов Тип формироват еля Достоинства Недостатки Формироват ели на основе управляемы х генераторов простота реализации, высокая скорость перестройки частоты, стабильность модуляционных характеристик недостаточный диапазон рабочих частот (до 10МГц), низкая (10-2…10-3) относительная стабильность частоты генерации, наличие искажений сигнала Цифровые формироват ели стабильность и когерентность формируемых сигналов, хорошая воспроизводимость характеристик при серийном изготовлении, возможность оперативного изменения параметров модуляции недостаточный диапазон рабочих частот без применения дополнительных устройств, невозможность достичь высоких значений базы сигнала Формироват ели на основе дисперсионн ых линий задержки возможность использования одинакового, а иногда одного и того же фильтра как для формирования, так и для сжатия, что обеспечивает согласование сигнала и фильтра даже при неточном соблюдении большие потери на преобразование электрических колебаний в ПАВ и обратно (до 60…70 дБ), ограничение амплитуды входного сигнала дисперсионных линий задержки, |
высокая частотно- временная стабильность генерируемых ЛЧМ-сигналов,
надежность,
небольшие габариты и стоимость
недостаточно высокое отношение сигнал-шум на выходе,
трудность оперативной регулировки параметров формируемых
ЛЧМ-сигналов и текущей коррекции фазовых отклонений,
необходимость преобразования несущей частоты,
узкополосность дисперсионных линий задержки,
большое затухание.
Применение шумоподобных сигналов в радиолокационных системах и системах связи имеет большое значение, т.к. они:
позволяют в полной мере реализовать преимущества оптимальных методов обработки сигналов;
обеспечивают высокую помехоустойчивость;
позволяют успешно бороться с многолучевым распространением радиоволн путем разделения лучей;
обеспечивают электромагнитную совместимость
(ЭМС)
ШПСС с узкополосными системами радиосвязи и радиовещания, системами телевизионного вещания;
допускают одновременную работу многих абонентов в общей полосе частот;
позволяют создавать системы связи с повышенной скрытностью;
обеспечивают лучшее использование спектра частот на ограниченной территории по сравнению с узкополосными системами связи.[1]
повышают точность измерения расстояния до цели и разрешающую способность по дальности;
распознают класс и тип цели, а также получают радиоизображение цели;
повышают вероятность обнаружения и устойчивость сопровождения цели за счет увеличения эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) цели;
повышают вероятность обнаружения и устойчивость сопровождения цели за счет устранения
«нулей» в структуре вторичных диаграмм направленности (ДН) облучаемых целей;
повышают устойчивость сопровождения цели под низким углом места за счет устранения интерференционных провалов в ДН антенны;
повышают устойчивость к воздействию всех видов пассивных помех, поскольку ЭПР помех в малом импульсном объеме становится соизмеримой с ЭПР цели;
уменьшают "мертвую зоны";
изменяют характеристики излучения (ширину и форму диаграммы направленности) путем изменения параметров излучаемого сигнала; в том числе возможно получение сверхузкой ДН. [3]
Литература:
1.
Л.Е. Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, -384c.
2.
Зачиняев Ю.В. АНАЛИЗ И КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ
ЛИНЕЙНО-ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ РАДИОСИГНАЛОВ C ТОЧКИ ЗРЕНИЯ
УМЕНЬШЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ФОРМИРУЕМЫХ СИГНАЛОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 5;
3.
Иммореев И.Я. Сверхширокополосные радиосистемы. Обзор состояния и пути развития. USUIRCA 2005 (http://uwbgroup.ru/)