Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Авиационные радиолокационные системы. Часть 2.pdf
Скачиваний:
78
Добавлен:
05.02.2023
Размер:
2.41 Mб
Скачать

 

72

( m = 2 ) получаем bE =

B

(21 B -1). Из полученного выражения видно, что уже

a

 

 

C

при B = 10

удельные затраты энергии достигают минимальным значения

( bE = bE min ).

Однако на практике применяются сигналы, у которых B > 10 ,

поскольку при этом обеспечивается приём сигналов в условиях очень малых отношений сигнал/шум на входе приёмника. В соответствии с формулой (9.9) можно записать:

 

PC

 

bE

1

1

B

 

qC =

 

=

 

 

=

 

(2

 

-1).

P

b

Df

a

 

 

П

 

 

 

C

 

 

 

10.2. Реальные способы приёма двоичных сигналов в каналах с постоянными параметрами

10.2.1Некогерентный приём двоичных АМ сигналов

Для оптимальных приемников, рассмотренных в .п 2.5, необходимо точное знание амплитуды, частоты, временного положения сигналов. В реальных каналах эти параметры приобретают случайные отклонения, обусловленные изменениями свойств среды распространения, перемещением передатчика и приемника в системах с подвижными объектами . иВ др

результате появления рассогласований

характеристики

качества приема

несколько ухудшаются.

 

 

На практике положительные свойства

корреляторов

и согласованных

фильтров реализуются с помощью квазиоптимальных приемников. В этих приемниках фильтрацию сигналов от помех выполняет квазиоптимальный фильтр, а отсчет в конце интервала анализа входного колебания берется по огибающей посылки. Наилучшая фильтрация в квазиоптимальных фильтрах обеспечивается путем выбора оптимальной полосы пропускания. Для простых двоичных сигналов квазиоптимальные фильтры, реализуемые обычно на промежуточной частоте, проигрывают оптимальным не более 1 дБ.

Выделение

огибающей

осуществляется

обычным

детектором

огибающей

(ДО) или

синхронным

детектором (СД).

Для

работы СД

необходимо

формировать опорное колебание.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

прием AM

сигналов с

пассивной

паузой. Считаем,

что

амплитуда

посылки

равнаa0 ,

а длительность T .

Структурная

 

схема

приемника

приведена

на

рисунке10.1.

После

преобразования

частоты

сигнала, которое реализуется с помощью смесителя(СМ) и гетеродина (Г),

колебание

поступает

в

 

усилитель

промежуточной

 

частоты(УПЧ),

выполняющий

роль

линейного

квазиоптимального

. фильтраПосле

детектирования

выделяется

огибающая

 

, сигналаусиливаемая

в

видеоусилителе

(ВУ),

где

 

происходит

подавление

высокочастотных

составляющих помех. Решение о принятом сигнале принимается в решающем устройстве (РУ), которое управляется синхронизирующим устройством (СУ).

 

 

 

73

 

 

 

Чтобы

оценить

вероятность

ошибочного

, приеманеобходимо

определить законы распределения напряжения на выходе детектора. При

отсутствии

сигнала (пауза) плотность

вероятности

огибающей

квазигармонического

случайного

гауссовского

процесса

определяется

распределением

Рэлея.

При наличии сигнала в смеси

распределение

огибающей напряжения является обобщенным распределением Рэлея.

 

Рисунок 10.1.

Рисунок 10.2.

На рисунке 10.2 приведены плотности вероятности нормированных значений огибающей vШ =U Ш s и vС.Ш = UС.Ш s , соответствующих отсутствию

и наличию

сигнала в смеси; s 2 - средний

квадрат шумового напряжения.

Пороговое

значение h = uП s нормировано

относительно s . Ошибки при

приеме заключаются в превышении порога напряжением, обусловленным действием одной помехи ( s2 (t ) = 0 ), или принятии решения о паузе в случае

действия в смеси сигнала s1 (t ) .

Как

показывает

анализ, условные

вероятности

 

ошибокP (s2 | s1 )

и

 

P (s1 | s2 )

различаются,

что

означает

 

несимметричность

канала

при

некогерентном приеме сигналов сAM. Для предельных значений порога,

 

стремящихся к 0 и к ¥ , вероятность ошибки Pe

стремится к 0,5 из-за ложного

 

появления

и из-за пропуска сигнала. При

низких

значениях

порога( h ® 0 )

 

ошибки приводят к появлению на выходе последовательности символов,

 

состоящих

только из единиц, при

высоких

значениях

порога( h ® ¥ )

- к

 

появлению

на

выходе

только .нулейОднако

существует

некоторое

 

оптимальное значение порога hopt

при котором полная вероятность ошибки

 

Pe минимальна.

Это значение hopt

можно

получить

из

условия

равенства

 

w (vШ ) = w(vС .Ш ), что отмечено нa рисунке 10.2. Отсюда с учетом выражений

 

для плотностей вероятности w (vШ ) и w (vС .Ш ) следует условие оптимальности

 

порога hopt = uП opt s : I0 (2quП opt

a0 )= exp (q ),

где

q = 2a02T

N0

- отношение

 

74

 

 

 

 

сигнал/шум; N0 спектральная плотность шума; a0

- амплитуда сигнала s1 (t ) .

На рисунке 10.3 приведена зависимость uП opt

a0

от

 

. С ростом q

q

относительный порог стремится к 0,5.

 

 

 

 

 

Рисунок 10.3

 

 

 

При

отсутствии подавления сигнала шумом в детекторе, что имеет

место, если q ³ 9 , относительный порог равен 0,5.

В этом случае, используя

методику,

 

q

аналогичную

изложенной

. в 2.5.2, п имеем

Pe

@ 0, 5exp çæ -

÷ö(1+1

 

).

 

 

pq

 

 

 

 

 

 

è

4

ø

 

 

 

 

Для установления оптимального порога необходимо знать амплитуду сигнала a0 . Поэтому приемник должен осуществлять оценку амплитуды, что обеспечивается системой автоматической регулировки усиления(АРУ) приемника по принимаемому сигналу.

Сравнение помехоустойчивости некогерентного приема AM сигналов с оптимальным когерентным приемом показывает, что для достижения одина-

ковых значений Pe необходимо увеличить отношение сигнал/шум на входе некогерентного приемника в g раз, где

 

 

 

 

 

 

 

4

æ

 

p q ö

g =1+

 

ln ç

 

 

÷ .

 

 

 

 

q

ç

 

2

÷

 

è

 

ø

Это означает, что при Pe =10-3 -10-6 некогерентный прием требует увеличения энергии сигнала на 30-15 %.

10.2.2 Некогерентный приём ЧМ сигналов

Рассмотрим прием простых ЧМ сигналов. Такие сигналы можно представить в виде si (t ) = a0 cos (wit +ji ) , t Î[0,T ], i =1, 2 , где wi , ji - частота и фаза i -ой посылки.

Спектр ЧМ сигнала показан на рисунке 10.4, где Df - девиация частоты, определяющая разнос спектра посылок по частоте; DfЭ - полоса частот, занимаемая спектром ЧМ сигнала. Существует оптимальное значение Dfopt ,

uС.Ш

75

при котором достигается наибольшая вероятность различения сигналов в шуме: 1 (Dfopt ) = 0, 75T .

При увеличении Df по сравнению с Dfopt условия различения сигналов не улучшаются, вместе с тем увеличиваются затраты полосы на передачу того

же количества информации. При Df < Dfopt

спектры посылок перекрываются и

различимость сигналов s1 и s2

падает.

Минимально допустимая полоса

частот,

занимаемая

спектром

ЧМ

сигнала, определяется

величиной

DfЭ = Dfopt

+1 T @ 2 T .

 

 

 

 

Рисунок 10.4.

Прием ЧМ сигналов может быть осуществлен несколькими способами. Первый способ основан на предварительной фильтрации сигнала в линейном фильтре (ЛФ), ограничении колебания для устранения амплитудных флуктуаций сигнала, обработке сигнала в частотном дискриминаторе. Последний вырабатывает напряжение в соответствии с принятыми посылками. При втором способе используют два полосовых фильтра(ПФ), детекторы огибающих (ДО), видеоусилители и разностное устройство. Структурная схема, соответствующая второму способу, показана на рисунке10.5. Такой приемник менее чувствителен к изменению параметров отдельных элементов и обеспечивает более высокую помехоустойчивость.

Оценим помехоустойчивость приемника, построенного по схеме на рисунке 10.5 при условии одинаковой энергии посылок и одинаковых полос

ПФ. В этом

случае

схема симметрична

по отношению к

приемуs и

s

,

поэтому условные вероятности ошибок P (s1 | s2 ) и P (s2 | s1 ) равны.

1

2

 

 

 

 

Пусть

передан

сигнал s1 . Тогда во

втором канале, где

нет сигнала,

действует только шум, и ошибка происходит за счет превышения огибающей шума uШ значения огибающей сигнала и шума в первом канале в момент окончания посылки s1 . В данном случае, согласно изложенному в .п 2.5.2, получим

P (s2 | s1 ) = 0, 5 exp (-q 4)

(10.3)

где q = a02 (N0 DfФ ) = 2E (N0 DfФT ) - отношение

сигнал/шум; DfФ - полоса

пропускания полосового фильтра. Вероятность ошибочного приема при равновероятных посылках определяется правой частью соотношения (10.3).