Анализ радиотехнического тракта с согласованным фильтром

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Радиотехнические цепи и сигналы»

Тема - «Анализ радиотехнического тракта с согласованным фильтром»

Выполнил:

Федоренко С.С.

Таганрог 2013 г.

Оглавление

Исходные данные

. Входной сигнал, шум и аддитивная смесь

. Определение формы сигнала на выходах всех звеньев тракта и определение амплитудных (пиковые) значений сигнала на этих выходах

. Временные диаграммы совокупности сигнала и помехи на выходах всех функциональных узлов тракта

. Прохождение сигнала через оптимальный фильтр

Выводы

Приложение

Список литературы

Исходные данные

Сигнал:

Пачка N радиоимпульсов длительностью tи с прямоугольной огибающей и гармоническим заполнением с частотой f0, расположенных с убывающими интервалами:

Характеристики и параметры нелинейного элемента:

Линейный односторонний:

Числовые параметры:

Номер варианта7A, мВ2,4N6Ф, мкс80, мкс10f0, МГц4у, мВ3Fm, МГц10a1,5b, 1/В3сигнал шум помеха тракт

Содержание задания:

Составить и изобразить структурную и функциональную схемы исследуемого тракта.

.Определить оптимальные значения полос пропускания квазиоптимальных фильтров (аналитически и численно).

.Рассчитать среднеквадратическое значение помехи на выходах звеньев тракта.

.Определить форму сигнала на выходах всех звеньев тракта и определить амплитудные (пиковые) значения сигнала на этих выходах.

.Найти отношения сигнал/помеха на выходах всех звеньев тракта и сравнить его с оптимальным значением (для согласованного фильтра при когерентном накоплении радиоимпульсов).

.Изобразить временные и спектральные диаграммы совокупности сигнала и помехи на входе тракта и на выходах всех функциональных узлов тракта (можно использовать моделирование).

.Сделать выводы по полученным результатам.

.Привести список использованной литературы.

Введение

Объектом исследования является радиотехнический тракт, включающий квазиоптимальный полосовой фильтр, детектор и согласованный фильтр для последовательности видеоимпульсов при воздействии суммы сигнала и помехи.

Сигнал задан в виде последовательности 6 радиоимпульсов длительностью 10 мкс с прямоугольной огибающей с амплитудой 2,4 мВ и гармоническим заполнением с частотой 4 МГц, расположенных с нарастающими интервалами.

Аддитивная помеха задана в виде гауссова квазибелого шума со среднеквадратическим значением 3 мВ и полосой 10МГц.

Входной квазиоптимальный фильтр представляет собой полосовой фильтр (либо второго порядка (колебательный контур), либо с прямоугольной АЧХ), полоса пропускания которого выбирается из условия максимума отношения сигнал/помеха.

Детектор представляет собой нелинейный элемент с заданной проходной характеристикой с последующим фильтром нижних частот (RC-цепь первого порядка).

В состав согласованного фильтра входит согласованный фильтр для одиночного видеоимпульса и накопитель последовательности импульсов, получившихся после детектирования радиоимпульсов на выходе квазиоптимального входного фильтра. Для квазипериодической последовательности в качестве такого согласованного фильтра можно использовать рециркулятор (рекурсивный фильтр первого порядка). Для последовательностей с разными интервалами - нерекурсивный фильтр (трансверсальный) в виде линии задержки с отводами. При этом вместо согласованного фильтра для одиночного видеоимпульса можно использовать квазиоптимальный фильтр нижних частот с оптимальной по критерию отношения сигнал/помеха полосой.

1. Входной сигнал, шум и аддитивная смесь

Ходной сигнал без помехи:

Модуль спектральной плотности сигнала на входе:

Гауссов квазибелый шум:

Аддитивная смесь:

Модуль спектральной плотности сигнала с помехой на входе:

В качестве квазиоптимального фильтра выбран фильтр 2-го порядка.

=1.28 - оптимальное значение

Расчет среднеквадратического значения помехи на выходах звеньев тракта.

Полосовой фильтр:

Нелинейный элемент:

По результатам 1000 реализаций сигнала на выходе нелинейного элемента было получено следующее значение СКЗ:

ФНЧ:

Фильтр нижних частот можно заменить амплитудным детектором. Используя сведения из теории из [1, стр. 169] и принимая во внимание то что:

тогда среднеквадратическое значение помехи на выходе фнч будет рассчитываться из формулы:

Накопитель импульсов:

По результатам 1000 реализаций сигнала на выходе накопителя импульсов было получено следующее значение СКЗ:

. Определение формы сигнала на выходах всех звеньев тракта и определение амплитудных (пиковые) значений сигнала на этих выходах

Прохождение сигнала через полосовой фильтр:

А сигнал имеет вид:

Максимальное значение сигнала при прохождении через полосовой фильтр рассчитывается из формул:

Максимальное значение будет наблюдаться при

Прохождение сигнала через нелинейный элемент:

Характеристика нелинейного элемента

Форма сигнала

По результатам 1000 реализаций сигнала на выходе нелинейного элемента было получено следующее значение максимума сигнала:

Прохождение сигнала через ФНЧ:

Согласно теории сигнал на выходе амплитудного детектора точно повторяет вид огибающей входного высокочастотного сигнала. Из этого следует, что максимум сигнала на выходе ФНЧ:

Прохождение сигнала через накопитель импульсов:

После сложения всех сдвинутых импульсов получим следующую временную диаграмму:

По результатам 1000 реализаций сигнала на выходе накопителя импульсов было получено следующее значение максимума сигнала:

. Отношения сигнал/помеха на выходах звеньев тракта

Отношение сигнал/помеха на выходе полосового фильтра:

Отношение сигнал/помеха на выходе нелинейного элемента:

Отношение сигнал/помеха на выходе ФНЧ:

Отношение сигнал/помеха на выходе накопителя импульсов:

. Временные диаграммы совокупности сигнала и помехи на выходах всех функциональных узлов тракта

Сигнал на выходе полосового фильтра:

Модуль спектральной плотности:

Сигнал на выходе нелинейного элемента:

Модуль спектральной плотности:

Сигнал на выходе ФНЧ:

Модуль спектральной плотности:

Сигнал на выходе накопителя импульсов:

Модуль спектральной плотности:

5. Прохождение сигнала через оптимальный фильтр

Отношение сигнал / помеха для оптимального фильтра можно определить из соотношения:

Выводы

После выполнения всех пунктов задания я определил как изменяется отношение сигнал / шум на выходах всех звеньев тракта, и выяснив что после прохождения через каждый элемент это отношение увеличивается.

Так же я определил оптимальное отношение сигнал/шум при прохождении исходного сигнала через оптимальный фильтр, и выяснил что оно примерно совпадает с отношением сигнал/шум на выходе исследуемого тракта.

При выполнении пунктов задания я наблюдал за видом сигнала и спектра на выходе каждого элемента тракта.

Список литературы

1.Федосов В.П.; Радиотехнические цепи и сигналы.; ТРТУ; 2004г; [207стр.].

.Гоноровский И.С.; Радиотехнические цепи и сигналы; М: «Советское радио»; 1977г; [608стр. ].

.Тихонов В.И.; Статистическая радиотехника; М: «Советское радио»; 1966г; [678стр.].

Приложение 1

Программа в Mathcad с помощью которой выполнялись вычисления.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ У

Больше работ по теме: