Материал: Обработка сигналов на фоне шумов. методические указания к проведению лабораторных работ для магистрантов направления 11.04.01 «Радиотехника». Токарев А.Б
|
|
|
|
Набор обнаруживаемых сигналов |
Таблица 2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
Аналитическое выражение или рисунок, |
|
||||
|
бригады |
|
определяющие сигнал на интервале [ 0; τ ] |
|
||||
|
1 |
|
|
|
s1(t) = A · t / τ |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
s2(t) = A · ( 1 – t / τ ) |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
s1(t) = A · sin2( π t / τ ) |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
см. рис. 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
см. рис. 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
s6(t) = A · ( t / τ )2 |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
s7(t) = A · { 1 – ( t / τ )2 } |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
s8(t) = A · ( 1 – t / τ )2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
|
Ампли- |
Длитель- |
Эффектив- |
Частота |
|
|
брига- |
|
туда сиг- |
ность сиг- |
ное значение |
дискрети- |
|
|
|
ды |
|
|
нала, В |
нала τ, мс |
шума ш, В |
зации, кГц |
|
|
1 |
|
0,6 |
1 |
0,8 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
0,4 |
2 |
1,2 |
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
0,6 |
1 |
0,8 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
0,3 |
2 |
1,6 |
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
0,3 |
5 |
1,2 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
0,4 |
2 |
0,8 |
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
1,0 |
1 |
1,0 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
0,2 |
5 |
1,2 |
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16
2.3.3. Определите импульсную характеристику фильтра, согласованного с сигналом Вашего индивидуального варианта задания, и сохраните её в текстовом файле с расширением «ini», следующего формата:
Строка заголовка: «[DataList]» Строки данных: t1=value1
t2=value2
…
Имя файла должно состоять из одной цифры, совпадающей с номером Вашей бригады. Моменты времени t1, t2… задают координаты точек излома импульсной характеристики в миллисекундах, а value1, value2 – её значения в этих точках.
Пример:
Для формирования импульсной характеристики, представленной на рис. 4, текстовый «ini»-файл должен содержать строки:
[DataList] |
|
|
|
gтест(t) , 1/В |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0.0 |
= 0.0 |
|
12 |
|
|
3 |
4 |
|
||
0.00001 |
= |
12.0 |
|
|
|
|
|
|||
3.0 |
= 12.0 |
|
0 |
–8 |
|
|
|
t, мс |
||
3.00001 |
= –8.0 |
|
|
|
|
|
|
|||
4.0 |
= –8.0 |
|
Рис. 4. Возможная импульсная |
|||||||
4.00001 |
= |
0.0 |
характеристика фильтра |
|||||||
2.3.4. Для какого-либо сигнала другой бригады, характеризуемого совпадающей с вашим сигналом по длительности, рассчитайте амплитуду AЭ, гарантирующую совпадение энергии «чужого» сигнала с энергией сигнала из Вашего индивидуального варианта задания. Эта амплитуда будет необходима для проведения завершающего, третьего этапа исследований.
17
2.4. Выполнение лабораторных исследований
Этап 1. Отклик согласованного фильтра на «свой» сигнал
Рекомендации по выполнению:
2.4.1.Установить частоту дискретизации в соответствии с требованиями табл. 3. Установить объем формируемой выборки N = 4096 отсчетов.
2.4.2.Установить тип и параметры модуля № 1 схемы моделирования случайных процессов в соответствии с требованиями табл. 3; остальные модули перевести (при необходимости) в выключенное состояние. В блоке анализаторов установить левый анализатор в состояние осциллографа, настроить его на контрольную точку № 6 и убедиться в формировании сигнала нужной формы.
Оба анализатора настроить на контрольную точку № 4, установить правый анализатор в состояние оценки числовых характеристик СП.
2.4.3.Установить модуль № 4 в состояние «Согласованный
КИХ-фильтр» и в окне «Параметры модулей» выставить номер сигнала и протяженность импульсной характеристики фильтра из индивидуального варианта задания. Например, если бригаде №3 по какой-то причине потребуется вместо представленной в табл. 3 длительности потребуется использовать фильтр с длительностью импульсной характеристики в 4 мс, то настройки параметров фильтра для такого случая должны соответствовать рис. 5.
Убедиться, что в момент окончания сигнала t0 наблюдается максимум отклика фильтра на воздействие полезного сигнала. Зафиксировать величину максимума отклика согласованного фильтра uвых( t0 ).
2.4.4. Установить нулевую амплитуду полезного сигнала на модуле № 1. Настроить модуль № 3 моделирующей программы на излучение широкополосного шума с эффективным значением из табл. 3.
18
Рис. 5. Пример настроек КИХ-фильтра, согласованного с сигналом № 3, если его длительность увеличится до 4 миллисекунд
2.4.5.По правому анализатору зафиксировать эффективное значение шума, наблюдаемого на выходе согласованного фильтра в отсутствие сигнала σшвых.
2.4.6.Переключить правый анализатор в режим отображения гистограммы плотности вероятности наблюдаемого
процесса W*(x) и зафиксировать в отчет гистограмму шумо-
вого распределения (с шириной колодцев не более 0,2 В). 2.4.7. Гистограмму, полученную в п. 2.4.6, перерисовать в
отчет повторно но со смещением вправо на величину uвых( t0 ) из п. 2.4.3; визуально оценить степень перекрытия гистограмм. Для минимизации ошибок при приёме сигналов выбрать пороговое напряжение
uпорог = uвых( t0 ) / 2. |
(2.8) |
По гистограммам оценить соответствующую порогу (2.8) вероятность пропуска полезного сигнала Рпс гист.
19
2.4.8. Рассчитать реально наблюдаемое на выходе фильтра отношение сигнал-шум
q |
uвых |
(t0) |
(2.9) |
|
ш |
вых |
|||
|
|
исравнить его с рассчитанным в п. 2.3.2.
2.4.9.Восстановить в модуле №1 амплитуду сигнала, соответствующую индивидуальному варианту задания из табл. 3. Провести не менее 40 опытов (щелкая по кнопке «Обновить данные») и приближенно оценить частоту возникновения ошибок при обнаружении «своего» сигнала. Сопоставить частоту ошибок с значением, предсказанным в п. 2.4.7.
2.4.10.Если наблюдаемая частота возникновения ошибок пренебрежимо мала – оценить, сколь сильно можно уменьшить амплитуду сигнала в модуле № 1, чтобы повысить вероятность ошибок до 5..10%.
Если же ошибки исходно возникают с вероятностью более 10%, то определить, при какой амплитуде сигнала вероятность ошибок снижается до менее чем 5%.
2.4.11.Проанализировать влияние на отношение сигналшум и на вероятность возникновения ошибок увеличения (уменьшения) длительности полезного сигнала, формируемого модулем № 1 (без корректировки параметров модуля № 4).
Этап 2. Оценка работоспособности фильтра с расчетной импульсной характеристикой
Рекомендации по выполнению:
2.4.12.Для модулей №1,3 восстановить настройки, соответствующие индивидуальномувариантузадания.
2.4.13.Установить модуль № 4 в состояние «Загружаемый КИХ-фильтр» и настроить его на считывание импульсной характеристики из «ini»-файла, указав в окне «Параметры модулей» номер файла, подлежащего загрузке.
20