Оглавление Введение 11

1. Анализ технического задания 14

1.1. Постановка задачи 14

1.2 Анализ существующих положений теории оценки параметров сигналов 16

1.3 Вычисление значений амплитуды, частоты и фазы сигналов систем связи 18

1.4 Оценивание периода сигнала в условиях априорной неопределенности 25

1.5 Обзор методов измерения скорости манипуляции сигналов 33

1.5.1 Ковариационный метод 33

1.5.2 Автокорреляционный метод 35

2.1 Задачи родиомониторинга 36

2.2 Требования предъявляемые к системе радиомониторинга 38

2.3 Специализированные компьютерные устройства и программы обработки сигналов систем связи 39

2.4 Интерфейс системы 48

2.5 Обоснование выбора цифровой системы приема данных 53

2.6 Реализация цифровой обработки в мониторинговом радиоприёмнике 54

3. Выбор и обоснование варианта построения функциональной схемы блока измерителя скорости манипуляции. Расчет требований к функциональным элементам 68

3.1 Общие сведения 68

3.2 Определение скорости манипуляции сигналов 69

4. Разработка схемы электрической принципиальной на модуль блока измерения скорости манипуляции 85

4.1 Конструкция системы 85

6. Технико-экономическое обоснование разработки 91

6.1 Обоснование выбора базового варианта 91

6.2 Расчёт интегрального коэффициента качества 94

6.3 Расчёт затрат на техническую подготовку производства 94

6.4 Расчёт себестоимости 96

6.5 Расчёт капитальных вложений 98

6.6 Расчёт эксплуатационных расходов 99

6.7 Расчет годового экономического эффекта 100

Заключение 111

Приложения

Введение

Организация информационных потоков и способы их обработки в системах связи за последние 50 лет претерпели значительные изменения. Для современных связных систем характерен постоянный увеличение объема принимаемой и обрабатываемой ими информации. В этих условиях проблема мониторинга радиообстановки становится все более актуальной.

Особенности функционирования современных систем радиосвязи показывают, что эффективность их контроля с помощью систем радиомониторинга определяется как оперативностью обнаружения факта излучения и вскрытия модуляционных параметров сигнала, так и способностью технических средств обрабатывать весь спектр требуемых видов радиосигналов и отвечать общим требованиям алгоритма организации мониторинга [1].

Для систем радиомониторинга характерен класс практических задач, при решении которых использование оптимальных методов приема и обработки сигналов оказывается затруднительным из-за априорной неопределенности значения несущей частоты, вида модуляции, скорости манипуляции, характера демодулированного сигнала, а также из-за неоптимальных условий приема. При этом в процессе радиоконтроля в общем случае необходимо выполнять

следующие операции: поиск и обнаружение радиоизлучений с априорно неизвестными параметрами, определение вида и параметров их модуляции, измерение побочных составляющих радиоизлучений с целью оценки индивидуальных параметров радиопередатчика, демодуляция и декодирование сигналов и др.

Одной из главных проблем систем радиомониторинга является то, что характерной особенностью современных систем и сетей связи является использование различных методов адаптации, в результате применения которых в каналах связи по различным причинам могут изменяться вид модуляции и параметры используемых сигналов в течение одного и того же сеанса связи. Следует также отметить, что в условиях неполных априорных сведений о параметрах принимаемого сигнала решение ряда задач его обработки, таких как установка полос основной селекции приемника, настройка демодулятора, принятие демодулятором правильного решения о передаваемом значении модуляционного параметра, требует возможно более точного знания модуляционной структуры поступающего из эфира сигнала. Эти факторы обуславливают необходимость включения в тракты обработки исследуемых сигналов специализированных систем автоматического определения параметров и видов модуляции принимаемых сигналов.

В данной работе рассматривается общее построение системы радиомониторинга, а также разрабатывается устройство автоматического определения эффективных оценок периода сигнала, наблюдаемого на фоне стационарного гауссовского шума, на основе статистики времен пересечения наблюдаемым процессом заданного уровня в условиях априорной неопределенности относительно не измеряемых параметров сигнала и шума, а также расчет числовых характеристик полученных оценок.

Во многих практических задачах возникает необходимость оценивания периода сигнала, наблюдаемого на фоне аддитивного стационарного гауссовского шума. К числу таких задач относятся, например, задачи измерения низкой частоты сигнала с помощью измерителя временных интервалов [1]. Оптимальное оценивание параметров сигнала, наблюдаемого на фоне шума, предполагает формирование условного отношения правдоподобия и отыскание в области значений параметров сигнала и шума его максимального значения [2]. При высоком уровне априорной неопределенности относительно параметров сигнала и шума оптимальный измеритель представляет собой многоканальную структуру, число каналов которой зависит от числа неизвестных параметров и необходимой точности оценки. При этом техническая реализация оптимального измерителя может представлять собой весьма сложную задачу [2].

При больших отношениях сигнал/шум, что характерно, например, для задач измерения и контроля параметров радиоаппаратуры и сигналов, используют более простые оценки, основанные на измерении временных интервалов между соседними пересечениями процессом заданного уровня [1, 3].

Применительно к задаче оценивания периода сигнала наибольшее распространение получили цифровые методы измерений, основанные на подсчете числа квантующих импульсов в течение одного или нескольких периодов [1]. Основным ограничением по точности таких измерений является погрешность, обусловленная действием шумов. При необходимости повысить точность оценки увеличивают число периодов сигнала, по которому производится оценка. Достоинством данных оценок является их устойчивость в условиях априорной неопределенности относительно неизмеряемых параметров сигнала и шума, недостатком необходимость формирования исходной выборки большого объема. Тем не менее используя те же исходные данные в виде статистики времен пересечения заданного уровня, можно получить более эффективные оценки периода сигнала, требующие меньшего объема исходной выборки.

Цель настоящей работы - синтез эффективных оценок периода сигнала, наблюдаемого на фоне стационарного гауссовского шума, на основе статистики времен пересечения наблюдаемым процессом заданного уровня в условиях априорной неопределенности относительно неизмеряемых параметров сигнала и шума, а также расчет числовых характеристик полученных оценок.

1. Анализ технического задания

1.1. Постановка задачи

В процессе выполнения работы требуется спроектировать аппаратно программный комплекс обработки радиосигналов систем связи, работающий в условиях большой априорной неопределенности. Обнаружение должно осуществляться для следующих параметров сигнала:

- Диапазон контролируемых частот (З-ЗО) МГц.

- Вероятность энергетического обнаружения информационного сигнала s(t )Р не хуже 0,9.

- Динамический диапазон на входе системы радиомониторинга - -Д< 140 дБ.

- Вид модели на выходе линейного тракта системы радиомониторинга -двухкомпонентная.

- Вид модуляции- дискретно-модулированный сигнал.

- Расстройка сигнала на выходе линейного приемника- (215+ 1)кГц.

- Погрешность определения скорости манипуляции - не хуже 10%.

Постоянное появление новых систем и средств радиосвязи ставит перед разработчиками аппаратуры связи и мониторинга достаточно сложные технические задачи. Кажущаяся открытость систем радиосвязи и возможность относительно свободного приобретения технических средств, применяемых в интересующей коммуникационной системе, могут ввести в заблуждение о простоте и доступности радиоконтроля.

Однако прием и обработка сигналов, используемых в современных системах наземной радиосвязи, значительно затруднены вследствие [1]:

- возможности использования в радиообмене одним корреспондентом большого количества частот;

- применения в одной системе связи сигналов с различными видами и параметрами модуляции и возможности изменения их значений в ходе сеанса связи;

- разнообразного характера передаваемой информации — от речевых сообщений на аналоговом уровне до межкомпьютерного обмена на цифровом;

- сокращения продолжительности сеансов связи за счет автоматизации процессов организации радиоканала и увеличения скорости передачи информации;

- уменьшения уровня сигналов и, как следствие, соотношения сигнала/шум на входе средств радиоприема;

- большого числа различных видов конфигураций сетей связи, динамического изменения их структуры и возможности их сопряжения с другими системами.

Особенности функционирования современных систем радиосвязи, структура используемых в них сигналов и технических возможностей неавтоматизированных средств обработки показывают, что применение последних не позволяет эффективно решать задачи радиоконтроля [4]. Это объясняется большими временными затратами, вызванными необходимостью использования ручного труда оператора в процессе определения технических параметров сигнала и настройки обрабатывающей аппаратуры; необходимостью задействования большого числа различных аппаратных средств и нескольких операторов при контроле систем связи, использующих при радиообмене большое количество частот и ряд различных видов модуляции; отсутствием штатных образцов техники для доступа к ряду современных радиосигналов со сложными видами модуляции и кодирования.

В этих условиях необходимость повышения технических возможностей комплексов радиоприема и мониторинга предполагает разработку и внедрение новых технических средств, адекватных по своим параметрам контролируемым системам связи. В целом состав аппаратуры таких комплексов должен обеспечить решение задач радиоприема, обнаружения, анализа, демодуляции, декодирования и обработки принятых сообщений. Радиоконтроль является областью радиоэлектроники, связанной с исследованием физических объектов и явлений на основе использования их электромагнитных излучений.

Решение проблем радиоконтроля осуществляется на основе первичной, вторичной и третичной обработки информации. Наиболее важными этапами первичной обработки информации являются задачи обнаружения и оценивания параметров сигналов, которые должны решаться в условиях отсутствия априорной информации не только о параметрах, но и о виде сигналов, а также разнообразных помеховых ситуациях.

Специфика исходных данных радиоконтроля в большинстве случаев соответствует ситуациям, когда величина коэффициента фильтрации превышает единицу (Δf_nT » 1), где Δf_n - полоса пропускания линейного входного тракта приемника, Т - постоянная усреднения выходного эффекта.

Организация радиоприема сигналов систем наземной радиосвязи обычно предусматривает ряд следующих типичных действий оператора в процессе поиска либо контроля рабочих частот источников радиоизлучений:

- управление частотой настройки радиоприемника с целью обнаружения требуемого сигнала;

- определение (подтверждение) технических параметров обнаруженного сигнала;

- настройка аппаратуры и обработка сигнала;

- занесение или проверка параметров сигнала и источника радиоизлучений в соответствующих формах учета результатов работы;

- в случае невозможности проведения в процессе приема сигнала вышеперечисленных операций в реальном масштабе времени осуществление записи обнаруженного сигнала с целью проведения операций детального технического или информационного анализа в отложенном режиме. К числу важнейших параметров, подлежащих оценке, относится скорость передачи информации.