4 Разработка блок-схемы устройства цифровой обработки сигнала
Входной
аналоговый сигнал
на схеме (Рисунок 4.1) поступает на
аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
через аналоговый фильтр нижних частот
ФНЧ1 с частотой среза fс.
Фильтр обеспечивает ограничение полосы
частот входного сигнала (включая и
сопутствующие сигналу шумы и помехи)
максимальной частотой fm≈fс,
соответствующей используемой в АЦП
частоте дискретизации сигнала по времени
fд
> 2fm.
Аналого-цифровое преобразование включает дискретизацию сигнала по времени, квантование по уровню и цифровое кодирование
В
результате образуются дискретный сигнал
,
соответствующий выборкам аналогового
сигнала f(t)
в дискретные равноотстоящие моменты
времени
,
в
виде последовательности цифровых
двоичных кодов с числом разрядов,
соответствующим разрядности АЦП.
Процессором ЦОС в соответствии с заданным алгоритмом цифровой обработки входной цифровой сигнал преобразуется в выходной цифровой сигнал системы .
Аналоговый
выходной сигнал системы
получается (или восстанавливается) из
цифрового сигнала
с помощью цифроаналогового преобразователя
ЦАП, преобразующего его в квантованный
по уровню аналоговый сигнал
ступенчатой формы, и аналогового ФНЧ2,
которым ограничивается частотный спектр
и подавляются высокочастотные компоненты
выходного сигнала. Этот фильтр с частотой
среза fс
< (fд /2)
называют также сглаживающим.
Рисунок
4.1 – Блок-схема системы ЦОС
На вход системы ЦОС подается аналоговый широкополосный сигнал. Сигнал проходит через ФНЧ1 Баттерворта.
4.1 Расчет параметров аналого-цифрового тракта:
Частота среза фильтра ФНЧ 1
кГЦ. Частота среза фильтра должна быть
больше максимальной гармоники в спектре,
но не превышать
.Минимальное значение порядка фильтра
при минимальном затухании в полосе
подавления
Дб для точки
.Уравнения
АЧХ фильтра Баттерворта:
, (4.1)
где
порядок фильтра;
частота среза фильтра.
Построение полученной АЧХ фильтра.
Рисунок 4.2 – АЧХ фильтра
4.2 Расчет объема внутренней памяти для хранения данных
Расчет
необходимого объема внутренней памяти
для хранения данных исходя из значения
длительности интервала (T=450
мкс) оцифрованного сигнала, разрядности
АЦП (N=3)
и частоты дискретизации
(из п. 4.1):
Основные результаты и выводы.
В первом пункте данной работы были рассчитаны числовые характеристики случайного процесса, которые представлены в таблице 1.1, с помощью этих характеристик удалось определить основные параметры случайного процесса. Применив дискретное преобразование Фурье построили спектр сигнала, представленный на рисунке 1.2, который отражает амплитудно-частотную зависимость. Так же, на рисунке 1.2 определили значение амплитуды и частоты гармоник, которые необходимы для разработки фильтра.
Во втором пункте работы обозначены требования к фильтру, которые задаются в зависимости от АЧХ фильтра (Рисунок 2.1). Значения частот, которые необходимы для работы фильтра (Таблица 2.1), рассчитываются по формулам (2.1,2.2). По полученным значениям коэффициентов фильтра построили характеристику фильтра (Рисунок 2.2), из которой видно, что идеальная характеристика отличается от действительной. Использовав программу фильтрации на исходном сигнале, удалось отфильтровать исходный сигнал, результат фильтрации представлен на рисунке 2.3, так же на этом рисунке изображён спектр отфильтрованного сигнала, по которому были определены значения гармоник полезного сигнала, которые указаны в таблице 2.3
В третьем пункте работы был разработан алгоритм обнаружения сигнала. Для этого использовались значения гармоник отфильтрованного сигнала из таблицы 2.3 (пункт 2), на основе этих значений были найдены пороговые значения для поиска (Таблица 3.1). Алгоритм обнаружения сигнала (Рисунок 3.1) основан на сравнении амплитуд спектральных составляющих отфильтрованного сигнала с пороговыми значениями. Применив программу фильтрации к другим тестовым сигналам, был обнаружен полезный сигнал, который представлен в Таблице 3.2. Таким образом убедились в работоспособность алгоритма фильтрации.