Исследование флюктуационных погрешностей автокорреляционных частотных дискриминаторов при приеме квазидетерминированных сигналов с неизвестной длительностью Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Секция радиотехнических и телекоммуникационных

систем

УДК 621.376.332

АЛ. Дятлов

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛЮКТУАЦИОННЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЧАСТОТНЫХ ДИСКРИМИНАТОРОВ ПРИ ПРИЕМЕ КВАЗИДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ С НЕИЗВЕСТНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ

Автокорреляционные частотные дискриминаторы (АЧД) находят широкое применение в различных областях радиоэлектроники, поскольку обладают высокими технико-эксплуатационными характеристиками.

В данной работе проводится сравнительный анализ различных принципов построения АЧД при оценивании несущей частоты fc квазидетерминированных сигналов с неизвестной длительностью т по критерию минимума относительной среднеквадратичной погрешности о/с/Д/п , где Д/п - ширина рабочего частотно.

Модель входного процесса y(t) полагаем в течение одного сеанса оценивания двухкомпонентной ——

y(t) = s(t, l, а) + n(t) при t0 < t < t0 + T ,

——

где s(t, l, a) = Umc COS(ffi>ct + Pc ) При to < t < to + T ,

= 2n/c , /c 6 {{, L }, L - L, = Д/п ,

Pc e{0,2n},

T { Тлгжх'} , T ;,T} ,

s(t,l, a) - квазидетерминированный простой импульсный сигнал; l = /c - инфор-

—

мативный параметр (несущая частота) сигнала; ae{Umc{pc,t0,Ta} - }опутст-вующие параметры сигнала; n(t) - гауссовая стационарная помеха с известной автокорреляционной функцией Rn(т) = с?2 sin е(кД/пt)cos(®0t); сС - дисперсия помехи; а)0 = 2п/0, /0 = /н + f - средняя частота рабочего частотного диапазона; f , /в - нижняя и верхняя границы рабочего частотного диапазона; 10, T - соответственно момент начала сеанса оценивания частоты и постоянная интегрирования в АЧД; UШ1, Ume - нижняя и верхняя границы динамического диа-

пазона сигналов на входе АЧД; тииш1, Тииакс - минимальное и максимальное значения длительности импульсов принимаемых сигналов; ти - оценка длительности импульса.

При оценивании несущей частоты сигналов с помощью одношкального АЧД, имеющего типовую структуру, при минимаксном подходе к выбору параметров алгоритм описывается следующим соотношением [1]:

1

агсзт и гс (ги 1) вш юсглз 1,

1

где гс(т.г1) = 1--—; т 1 - величина временного сдвига, вносимого линией за-

Т

держки (ЛЗ); гс (ти 1) - значение огибающей коэффициента автокорреляции сигнала при фиксированном значении аргумента Т = Тчз 1; и - порог нормирую.

Структура одношкального АЧД с типовой структурой приведена на рис.1, где

- , - , -, - , - , - .

У(1)

Рис.1

В соответствии с минимаксным подходом параметры упомянутого АЧД вы-

бираются из условий: Т = ти

1

2А/„

/( кнор.доп ) ■

к

нор. доп

_ Зпор\

V1

2 [)А . (/<' /

где £нор1 =-------2----пороговое отношение сигнал/помеха на

о

'1 + ёпор!

входе АЧД, Рвх ог - мощность сигнала на входе АЧД, соответствующая порогу

; к . -.

Относительная среднеквадратичная погрешность оценивания частоты определяется следующим образом:

С/[1 _ 1 ^ Гс (1/2А/п ^Шп^и.шш _ и2ті

. г _ 5 &ьи 1 _ I Г- ? ~ 1

п ^эвых -уД + 2 gвx 2^П

Одним из путей уменьшения флюктуационной погрешности оценивания частоты является переход к использованию одношкального АЧД с квадратурной обработкой и адаптацией постоянной интегрирования [1]:

$ 1 „ К1 (тп)

/с =--------агйе------------;

2 Кс (Тп)

и2 Т

К с ( Т2 ) = -т (1 - — )с°8 тс Т2 ;

2 Т

и2 Т

Кс1 (Т2 ) = (1 - —) ЯП ЮсТа2 ,

2 Т

где Яс (т 2), Кс1 (Т 2) - пРямая и ортогональная автокорреляционные функции .

Структура одношкального АЧД с квадратурной обработкой и адаптацией по. 2, - , -

линия задержки, ФВР - фазовращатель на п/2 , П - перемножитель, ИНТ - интегратор, УОДИ - устройство оценки длительности импульса, ДЕЛ - делитель, 2 - .

Рис.2

Переход к квадратурной обработке в АЧД обеспечивает повышение в два раза крутизны дискриминационной характеристики Б ^ = т.132 = и сущест-

А/п

венное повышение реальной чувствительности за счет осуществления амплитудной нормировки на выходе интеграторов, что позволяет уменьшить входное отно-

2 Я 2 2

шение сигнал/помеха на входе АЧД я(а = °вых2 << я . Использование

4А/пТи

Т

УОДИ позволяет обеспечить адаптацию Т и ее увеличение, равное илШкС . Отно-

Т

имин

сительная среднеквадратичная погрешность частоты имеет вид

0/2 = 1 . Я = §вх Гс (1/А/п )л1 А/пТи

а /"* а ^ 2 I

А/п 2пЯвъа2 у1 + 2 Явх

Наиболее эффективным способом уменьшения флюктуационной погрешности оценивания частоты в АЧД является использование многошкального построения с нониусной системой отсчета. Структура многошкального АЧД приведена на

рис.3, где АЧД1, ... , АЧД1, ... , АЧДО - АЧД первой, ьй и шкалы; /с1, /г,

/сМ - оценки частоты на выходе первой, ьй и №й шкалы.

Рис.3

Возможны два варианта построения многошкальных АЧД с фиксированными [2].

В случае многошкального АЧД с фиксированными ЛЗ и использовании в каждой шкале АЧД с квадратурной обработкой и адаптацией постоянной интегрирования относительная среднеквадратичная погрешность оценивания частоты равна

03 = 1 ,

А/п 2ПТгА/пёвъВ3 ’

„ _ 8І гс (Т )4АГп

&вых 3

Vі + 2 ЯІ

гс (т г)=1-Т,

где Ты - временной сдвиг, вносимый ЛЗ 1-й шкалы АЧД, номер которой опреде-т

ляется ИЗ условия Тт - ~~ •

кМ

С целью уменьшения погрешности оценивания несущей частоты сигнала целесообразно в частотных шкалах использовать АЧД с адаптацией как по постоянной интегрирования, так и по Тиа, структура которого приведена на рис.4.

При этом имеем

Рис.4

$4 _ 1

пТаА/„явы

Т_ 0,5Т , 4 _

41 + 2 &

где Т13а - оптимизированное значение точной шкалы многошкального АЧД.

Сравнение приведенных вариантов построения АЧД показывает возможность уменьшения погрешности оценивания частоты путем увеличения крутизны дискриминационной характеристики 8Л д и величины выходного отношения сигнал/шум:

\т

Т

и макс

и мин

и мин

1 Т

и макс

и мин

При А/п = 109 Гц и Ти ЄІ10 7,5 -10 6 I, сек максимальная величина умень-

шения относительной среднеквадратичной погрешности при оптимизации алгоритма, структуры и параметров АЧД может достигать 42 дБ.

1. Дятлов АЛ. Корреляционные методы обработки и формирования сигналов в радиоконтроле //Радиотехника, 1994, №7.

2. Дятлов А.П. Многошкальный автокорреляционный частотный дискриминатор. //Труды IX Всесоюзного симпозиума по проблеме избыточности в информационных системах. //Л: ЛИАП, 1986.

УДК 621.396.62

В. Т. Лобач, А.А. Г арнакерьян, В.А. Буряк СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КВАДРАТУРНЫХ ,

МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

При решении задач дистанционного измерения пространственно-временных характеристик отражающей поверхности важно знать связь между спектральными характеристиками поверхности и поля рассеяния. В случае отражения электромагнитного поля от мелкомасштабной поверхности, дисперсия ординат которой О

значительно меньше длины электромагнитной волны X, известны решения [1,2], свидетельствующие о совпадении энергетических спектров движущейся морской поверхности и амплитуды флуктуирующей составляющей обратно отраженного . ( приближения в рамках метода малых возмущений) приводит к периодической нестационарное™ спектральных характеристик амплитуды суммарного поля [2], что затрудняет решение обратной задачи определения параметров поверхности по характеристикам поля.

В работе рассматриваются статистические характеристики отраженного сигнала при когерентном приеме и обсуждаются возможности устранения отмеченных изменений в спектре информативного параметра, которыми определены квадратурные составляющие сигнала.

ЛИТЕРАТУРА