Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цель работы

Изучение временных и спектральных характеристик импульсных радиосигналов, применяемых в радиолокации, радионавигации, радиотелеметрии и смежных областях;

Приобретение навыков по расчету и анализу корреляционных и спектральных характеристик детерминированных сигналов: автокорреляционных функций, спектров амплитуд, спектров фаз и энергетических спектров;

Изучение методов оптимальной согласованной фильтрации сигналов известной формы на фоне помех типа белого шума;

Приобретение навыков выполнения инженерных расчетов по определению спектральных характеристик сигналов на ПЭВМ

Все вычисления, проделанные в работе производились при помощи программы Mathcad 14.

Перечень условных обозначений, единиц и терминов

щ - несущая частота, Гц

F S - частота следования, Гц

ф - длительность импульса, с

N - число импульсов в пачке

T n - расстояние между двумя импульсами (период), с

U1(t) - огибающая одного радиоимпульса

S1(t) - одиночный радиоимпульс

S(t) - пачка радиоимпульсов

S11(щ) - спектральная плотность амплитуды одного видеоимпульса

Sw(щ) - спектральная плотность пачки радиоимпульсов

W(щ) - энергетический спектр

Ш(ф1) - АКФ сигнала

А - произвольный постоянный коэффициент

h(t) - импульсная характеристика согласованного фильтра

Задание на курсовую работу

Заданный тип сигнала:

Прямоугольная когерентная пачка прямоугольных радиоимпульсов. В середине каждого импульса фаза скачком меняется на 180°.

№ подварианта - 3:

Несущая частота - щ= 2,02 МГц,

Длительность импульса - ф = 55 мкс,

Частота следования -Fs = 40кГц,

Число импульсов в пачке - N=7

1) Математическую модель сигнала.

2) Расчет АКФ.

3) Расчет спектра амплитуд и энергетического спектра.

4) Расчет импульсной характеристики согласованного фильтра.

Глава 1 .Расчет параметров сигнала

1.1 Расчет математической модели сигнала

Одиночный прямоугольный импульс, в середине которого фаза скачком меняется на 180є можно описать выражением:

График одиночного радиоимпульса представлен на рис.1.

Рис.1. График одиночного радиоимпульса

На рис.2 рассмотрим подробнее середину импульса, где фаза меняется на 180є

Рис.2. Подробный график одиночного радиоимпульса.

Огибающая одного радиоимпульса представлена на рис.3.

Рис.3 Огибающая одного радиоимпульса

Так как все импульсы в пачке имеют одинаковую форму, то при построении когерентной пачки можно пользоваться формулой:

где T n - период повторения импульсов, N - число импульсов в пачке, U1(t) - огибающая первого импульса

На рис.4 представлен вид когерентной прямоугольной пачки радиоимпульсов.

Рис.4-Когерентная пачка радиоимпульсов

1.2 Расчет спектра амплитуд

Модуль спектральной плотности характеризует плотность распределения амплитуд составляющих сплошного спектра сигнала по частоте, а аргумент спектральной плотности - распределение фаз составляющих.

В данном случае нет необходимости интегрировать по данным пределам, так как единичный сигнал находится в пределах от (0; ф), а вне того предела тождественно равен нулю.

Для данного сигнала спектральная плотность амплитуд одиночного видеоимпульса представлена на рис.5

Рис.5-Спектральная плотность одиночного радиоимпульса

Спектр амплитуд пачки радиоимпульсов представляет собой произведение спектра амплитуд одиночного импульса и функции вида |sin(Nx)/sin(x)| называемой "множителем решетки". Эта функция носит периодический характер.

Спектр амплитуд пачки радиоимпульсов представлен на рис 7.

Рис.6 Спектральная плотность пачки

1.3 Расчет энергетического спектра

спектр импульсный радиосигнал амплитуда

Энергетический спектр вычисляется по простому соотношению

Энергетический спектр представлен на рис.11. На рис.12 представлен увеличенный фрагмент энергетического спектра.

Рис.7 - Энергетический спектр сигнала

1.4 Расчет автокорелляционной функции

Автокорреляционная функция (АКФ) сигнала служит для количественной оценки степени отличия сигнала и его сдвинутой во времени копии s(t-) и представляет собой их скалярное произведение на бесконечном интервале

АКФ для огибающей одного импульса представлена на рис.13

Рис.13 АКФ для огибающей одного импульса

Автокорелляционная функция для заданного сигнала представлена на рис.14.

Рис.14 АКФ заданного сигнала

Глава 2 . Расчет параметров согласованного фильтра

2.1 Расчет импульсной характеристики

Импульсная характеристика согласованного фильтра представляет собой масштабную копию зеркального отображения входного сигнала, сдвинутого на некоторый отрезок времени. Иначе не выполняется условие физической реализуемости фильтра, так как сигнал должен успеть «обработаться» фильтром за это время.

Импульсную характеристику строим для огибающей заданного сигнала.

Огибающая пачки представлена на рис.15

Рис.15 Огибающая пачки

Импульсная характеристика представлена на рис.16.

Рис.16 Импульсная характеристика согласованного фильтра

Структурная схема согласованного фильтра для заданного сигнала изображена на рис.18.

В данной курсовой работе были рассчитаны параметры сигнала для прямоугольной когерентной пачки радиоимпульсов прямоугольной формы, у которых в середине импульса фаза меняется на 180є.

Также в программе Mathcad 14 были построены графики огибающей сигнала, спектральной плотности, энергетического спектра, автокорелляционной функции.

Также была построена импульсная характеристика согласованного фильтра.

Список используемой литературы

1) Баскаков С.И., Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника».-2-е изд.., перераб. и доп.-М: Высш.шк..,1988.

2) Коберниченко В.Г., Методические указания к курсовой работе.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Расчет временных и спектральных моделей сигналов с нелинейной модуляцией, применяемых в радиолокации и радионавигации. Анализ корреляционных и спектральных характеристик детерминированных сигналов (автокорреляционных функций, энергетических спектров).

курсовая работа , добавлен 07.02.2013


Временные и спектральные характеристики импульсных радиосигналов, применяемых в радиолокации, радионавигации, радиотелеметрии и смежных областях. Расчет параметров сигнала. Рекомендации по построению и практической реализации согласованного фильтра.

курсовая работа , добавлен 06.01.2011


Временные функции сигналов, частотные характеристики. Граничные частоты спектров сигналов, определение кодовой последовательности. Характеристики модулированного сигнала. Расчет информационных характеристик канала, вероятности ошибки демодулятора.

курсовая работа , добавлен 28.01.2013


Особенности методики применения математического аппарата рядов Фурье и преобразований Фурье для определения спектральных характеристик сигналов. Исследование характеристик периодических видео- и радиоимпульсов, радиосигналов с различными видами модуляции.

контрольная работа , добавлен 23.02.2014


Обработка простейших сигналов. Прямоугольная когерентная пачка, состоящая из трапецеидальных (длительность вершины равна одной третьей длительности основания) радиоимпульсов. Расчет спектра амплитуд и энергетического спектра, импульсной характеристики.

курсовая работа , добавлен 17.07.2010


Временные функции сигналов, частотные характеристики. Энергия, граничные частоты спектров. Особенности определения разрядности кода. Построение функции автокорреляции. Расчет модулированного сигнала. Расчет вероятности ошибки оптимального демодулятора.

курсовая работа , добавлен 07.02.2013


Временные функции, частотные характеристики и энергия сигналов. Граничные частоты спектров сигналов. Технические характеристики аналого-цифрового преобразователя. Информационная характеристика канала и расчёт вероятности ошибки оптимального демодулятора.

курсовая работа , добавлен 06.11.2011


Временные функции сигналов и их частотные характеристики. Энергия и граничные частоты спектров. Расчет технических характеристик АЦП. Дискретизация сигнала и определение разрядности кода. Построение функции автокорреляции. Расчет модулированного сигнала.

курсовая работа , добавлен 10.03.2013


Расчёт энергетических характеристик сигналов и информационных характеристик канала. Определение кодовой последовательности. Характеристики модулированного сигнала. Расчет вероятности ошибки оптимального демодулятора. Граничные частоты спектров сигналов.

курсовая работа , добавлен 07.02.2013


Спектральные характеристики периодических и непериодических сигналов. Свойства преобразования Фурье. Аналитический расчёт спектра сигнала и его энергии. Разработка программы в среде Borland C++ Bulder 6.0 для подсчета и графического отображения сигнала.

Несущая частота радиоимпульса (частота заполнения):

, ,

Определим ширину спектра Δf:

f max – определена по графику амплитудного спектра одиночного прямоугольного видеоимпульса (рис.5), по 10% уровню от |S(f)| max , т.е. по уровню 0.1|S(f)| max .

К узкополосным сигналам (радиосигналам) относятся сигналы, спектры которых сосредоточены в относительно узкой по сравнению со средней частотой полосе. Узкополосный сигнал описывается выражением:

ω 0 – частота несущего колебания

V(t), Φ(t) – амплитуда и фаза сигнала

В частном случае, когда , а V(t)=s(t) – непериодический видеосигнал, (5) описывает радиоимпульс:

Таким образом, аналитическое выражение для полученного радиоимпульса:

где S(t) – заданный сигнал (см.. п.1)

Временная диаграмма одиночного радиоимпульса представлена на рис.8.

Спектральная плотность радиоимпульса определяется спектральной плотностью его огибающей:

Спектр радиоимпульса U(ω) получается путём переноса спектра его огибающей S(ω) из окрестности нулевой частоты в окрестность несущей частоты ±ω 0 (с коэффициентом 1/2):

S(2π(f–f 0)) и S(2π(f+f 0)) – спектральные плотности видеоимпульса, составляющих заданный сигнал, определённые в п.1.

Амплитудный спектр радиоимпульса:

График при f<0 симметричен графику при в f>0 относительно оси ординат.

График амплитудного спектра одиночного радиоимпульса представлен на рис. 9.

4. Спектральный анализ периодической последовательности радиоимпульсов.

Спектральный анализ сигнала в виде периодической последовательности радиоимпульсов основан на его представлении в виде ряда Фурье:

коэффициенты которого связаны с коэффициентами ряда Фурье периодического видеосигнала (3) соотношением:

V n – амплитудный спектр периодической последовательности радиоимпульсов.

Аналитическое выражение для последовательности радиоимпульсов:

U(t) – одиночный радиоимпульс

Временная диаграмма периодической последовательности радиоимпульсов представлена на рис.10.

,

Определим амплитудный спектр периодической последовательности радиоимпульсов по:

График амплитудного спектра периодической последовательности радиоимпульсов V n представлен на рис.11

5. Корреляционный анализ непериодического сигнала

Автокорреляционная функция определяется следующим интегралом:

, (7)

и характеризует взаимосвязь между значениями сигнала в различные моменты времени.

Для действительного сигнала корреляционная функция является действительной чётной функцией

Максимального значения, равного энергии сигнала корреляционная функция достигает при τ=0:

Непосредственное интегрирование в формуле (7) даёт выражение для правой ветви автокорреляционной функции (рис.)

Замена в полученном выражении τ =| τ | позволяет перейти к аналитическому описанию автокорреляционной функции, как для положительных значений τ>0, так и для отрицательных τ<0.

По свойствам автокорреляционной функции

S(t±t 0), t 0 >0 => R(τ)=R(τ)

Корреляционная функция пачки импульсов

, где S(t) – 1-й импульс в пачке,

при условии, что интервал следования в пачке t 1 больше или равен τ 0 – длительность 1-го импульса в пачке S 0 (t), взаимосвязана с корреляционной функцией R 0 (τ) соотношением

, (8)

Воспользуемся выражением (8):

N=2 – количество импульсов

График АКФ представлен на рис.12

6.Спектральный анализ линейной цепи

рис.13. Заданная схема цепи рис.14. Эквивалентная схема замещения

КЧХ определяется по следующей формуле:

Согласно эквивалентной схеме замещения:

;

По формуле делителя напряжения :

– постоянная RC цепи .

Определим АЧХ:

Сигнал представляет собой прямоугольный радиоимпульс с гармоническим заполнением (рис.4.170)

При вычислении функции неопределенности рассмотрим отдельно случаи положительных и отрицательных временных сдвигов между импульсами. При

При результат аналогичен. Обобщая результаты получим

(4.96)

Рассмотрим сечение функции неопределенности для случая f д =0. Результат получится следующий

. (4.97)

Сечение соответствующей поверхности плоскостью f д =0 изображена на рис.4.171

При сечении плоскостью τ=0 получаем

(4.98)

Полученная формула соответствует модулю спектра прямоугольного видеоимпульса, являющего огибающей исходного сигнала (рис.4.172).

На рис.4.163 изображена диаграмма неопределенности прямоугольного радиоимпульса

Чем больше длительность импульса, тем выше разрешающая способность по частоте, но хуже разрешающая способность по времени. Чем меньше длительность импульса, тем выше разрешающая способность по времени, но хуже по частоте. Такое положение является иллюстрацией принципа неопределенности в радиолокации.

Широкополосные сигналы

Импульсный сигнал считается широкополосным, если произведение его длительности на ширину спектра частот . Есть и другой подход в определении широкополосности сигнала. Так, например, в 1990 в США введено общее определение относительной полосы частот η:

В соответствии с этим определением сигналы, имеющие полосу η≤0,01 относится к узкополосным; имеющие 0,01<η≤0,25 относится к широкополосным; имеющие 0,25<η<1 относятся к сверхширокополосным (СШП).

В качестве СШП могут использоваться кодоимпульсные последовательности, линейно-частотно-модулированные сигналы, псевдошумовые сигналы, видеоимпульсы, не имеющие высокочастотного заполнения и радиоимпульсы, имеющие высокочастотное заполнение, состоящее из нескольких периодов высокочастотного колебания. Внешний вид сигналов изображен на рис.4.174.

Широкополосность сигнала достигается путем внутриимпульсной модуляции фазы или частоты колебаний. Широкополосный сигнал (радиоимпульс) имеет ширину спектра в n раз большую, чем импульс той же длительности без внутриимпульсной модуляции ширина его спектра соответствует импульсу без внутриимпульсной модуляции существенно меньшей длительности .

Обработка широкополосных сигналов реализуется в оптимальных фильтрах, импульсы, на выходе которых определяются амплитудно-частотным спектром сигнала. Широкополосные радиоимпульсы в оптимальном фильтре сжимаются, причем тем сильнее, чем больше произведение .

Похожая информация:

1. Скрытая функция колдовства для индивидов заключается в обеспечении социально признанного канала для выражения культурно запретного"

dt=0.01;=0:dt:4;=sin(10*2*pi*t).*rectpuls(t-0.5,1);(4,1,1), plot(t,y);("t"), ylabel("y(t)")("RF pulse with a rectangular envelope")

Xcorr(y,"unbiased");(4,1,2), plot(b*dt,Rss);([-2,2,-0.2,0.2])("\tau"), ylabel("Rss(\tau)")("auto-correlation")=fft(y,8192);=abs(Y);=5000*(0:4096)/8192;=2*pi*f;(4,1,3), plot(w,AY(1:4097))("\omega"),ylabel("yA(\omega)")("Amplitude-frequency characteristic")(4,1,4)=phase(Y);(w,PY(1:4097))("phase-frequency characteristic")

графическое представление радиоимпульса с прямоугольной огибающей

all=0.01;=-4:dt:4;=sinc(10*t);(4,1,1), plot(t,y);([-1,1,-0.5,1.5])("t"),ylabel("y(t)"), title("y=sinc(t)")

Xcorr(y,"unbiased");(4,1,2), plot(b*dt,Rss);([-1,1,-0.02,0.02])("\tau"),ylabel("Rss(\tau)")("auto-correlation")=fft(y,8192);=abs(Y);=5000*(0:4096)/8192;=2*pi*f;(4,1,3), plot(w,AY(1:4097))()("\omega"),ylabel("yA(\omega)")("Amplitude-frequency characteristic")(4,1,4)=phase(Y);(w,PY(1:4097))()("phase-frequency characteristic")

графическое представление синка

Радиоимпульс с гауссовской огибающей

dt=0.01;=-4:dt:4;=sin(5*2*pi*t).*exp(-t.*t);(4,1,1), plot(t,y);("t"), ylabel("y(t)")("y(t)=Gaussian function")

Xcorr(y,"unbiased");(4,1,2), plot(b*dt,Rss);([-4,4,-0.1,0.1])("\tau"), ylabel("Rss(\tau)")("auto-correlation")=fft(y,8192);=abs(Y);=5000*(0:4096)/8192;=2*pi*f;(4,1,3), plot(w,AY(1:4097))("\omega"), ylabel("yA(\omega)")("Amplitude-frequency characteristic")=phase(Y);(4,1,4)

plot(w,PY(1:4097))

графическое представление радиоимпульса с гауссовской огибающей

Последовательность импульсов типа «меандр»

dt=0.01;=0:dt:4;=square(2*pi*1000*t);(4,1,1), plot(t,y);("t"), ylabel("y(t)")("y=y(x)")

Xcorr(y,"unbiased");(4,1,2), plot(b*dt,Rss);("\tau"), ylabel("Rss(\tau)")("auto-correlation")=fft(y,8192);=abs(Y);=5000*(0:4096)/8192;=2*pi*f;(4,1,3), plot(w,AY(1:4097))("\omega"), ylabel("yA(\omega)")("Amplitude-frequency characteristic")=phase(Y);(4,1,4)

plot(w,PY(1:4097))

графическое представление последовательности импульсов типа «меандр»

Фазоманипулированная последовательность

xt=0.5*sign(cos(0.5*pi*t))+0.5;

y=cos(w0*t+xt*pi);

subplot(4,1,1), plot(t,y);

axis()("t"),ylabel("y(t)"), title("PSK")

Xcorr(y,"unbiased");(4,1,2), plot(b*dt,Rss);("\tau"), ylabel("Rss(\tau)")("auto-correlation")=fft(y,8192);=abs(Y);=5000*(0:4096)/8192;=2*pi*f;(4,1,3), plot(w,AY(1:4097))("\omega"), ylabel("yA(\omega)")("Amplitude-frequency characteristic")(4,1,4)=phase(Y);

plot(w,PY(1:4097))

графическое представление фазоманипулированной последовательност

Прочтите также:

Расчет цифрового полосового вокодера
Цифровая обработка сигналов (ЦОС, DSP - англ. digital signal processing) - преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. Любой непрерывный (аналоговый) сигнал s(t) может б...

Вычисление параметров случайного цифрового сигнала и определение его информационных параметров цифрового сигнала
Связь - быстро развивающаяся отрасль техники. Так как мы существуем в эпоху информатизации, то и объемы информации возрастают пропорционально. Поэтому требования к связи предъявляются с...

Расчет радиотелевизионной аппаратуры
Изобретение радиосвязи - одно из самых выдающихся достижений человеческой мысли и научно-технического прогресса. Потребность в совершенствовании средств связи, в частности установлен...

Вызовите файл AmRect . dat . Зарисуйте сигнал и его спектр. Определите ширину радиоимпульса, его высотуU o , несущую частотуf о, амплитуду спектраC max и ширину его лепестков. Сопоставьте их с параметрами модулирующего видеоимпульса, который можно вы Рис.14. звать из файлаRectVideo.dat.

3.2.7. Последовательность радиоимпульсов

А. Вызовите файлAmRect . dat .

Б. Нажмите и установите ширину окнаWx=250 мксек

В. Клавишей <8>, установите "Периодический" вид сигнала, и нажав <Т> или , введите период Т=100 мксек. Зарисуйте сигнал.

*Если активизировать кнопку вертикального меню <7, F7 –T>, то период сигнала можно изменять, пользуясь горизонтальными стрелками клавиатуры.

Г. Перейдите в окно спектров и клавишей <0> (ноль) перенесите начало отсчета влево. Зарисуйте спектр. Запишите значение интервалаdf между спектральными линиями и число линий в лепестках спектра. Сравните эти данные с,Т и так называемой скважностью сигналаQ = T / .

Д. Запишите величину C max и сравните ее с таковой для одиночного сигнала.

Все результаты объясните.

*3.2.8. Формирование и исследование ам-сигналов

Программа SASWinпозволяет формировать сигналы с различными и достаточно сложными видами модуляции. Вам предлагается, используя приобретенный опыт работы с программой, сформировать АМ-сигнал, параметры и форму огибающей которого установите самостоятельно.

А. В опцииPlot, пользуясь мышкой или курсором, создайте желаемый вид сигнала модуляции. Рекомендуется не увлекаться слишком сложной его формой. Зарисуйте спектр вашего сигнала.

Б. Занесите сигнал в память, нажав кнопку вертикального меню <R AM> и присвоив сигналу какое-нибудь имя или номер.

В. Войдите в опциюInstalи укажите тип сигнал <Радио>. В открывшемся меню видов модуляции выберите Обычный вариант Амплитудной модуляции и нажмите кнопку <Ок>.

Г. На запрос "Закон изменения амплитуды" укажите <1.F(t) из ОЗУ>.

Д. Появится вертикальное меню сигналов, находящихся в памятиRAM.

Выберите ваш сигнал и нажмите кнопку .

Например: Несущая частота, кГц = 100,

Фаза несущей = 0,

Границы частотного окна fminиfmaxдля вывода спектра

Нажать кнопку

Сформированный сигнал отображается в левом окне, а его спектр – в правом.

Ж. Зарисуйте сформированный сигнал и его спектр. Сравните их с формой и спектром сигнала модуляции.

З. Сигнал можно записать в памятьRAMили в файл и далее использовать его по надобности.

И. При желании повторите исследования с другими сигналами модуляции.

3.3. Угловая модуляция

3.3.1. Гармоническая модуляция с малым индексом 

А. Вызовите сигнал (Рис. 15))из файлаFMB 0"5. dat . Зарисуйте его спектр. Сравните спектр с теоретическим (см. рис.10,а). Обратите внимание на его отличие от спектра АМ.

Б. По спектру определите несущую частотуf o , частоту модуляцииF , начальные фазы о и . Измерьте амплитуды составляющих спектра, по ним найдите индекс

Рис. 15. модуляции  . Определите ширину спектра.

3.3.2. Гармоническая ЧМ с индексом  >1

А. Вызовите файлFMB "5. dat , где записан сигнал с индексом=5 (Рис. 16). Зарисуйте сигнал и его спектр.

Б. Определите частоту модуляцииF , число боковых составляющих спектра и его ширину. Найдите девиацию частоты f , пользуясь

Рис. 16. формулой    f / F . Сравните девиацию с измеренной шириной спектра.

В. Измерьте относительные амплитуды С(f)/C max первых трех-четырех составляющих спектра и сравните их с теоретическими значениями, определяемыми функциями Бесселя
. Обратите внимание на фазы спектральных составляющих.

Как работать