^{1 Общие сведения об РТС}

РТС - радиотехнические системы.

Определение: РТС - совокупность устройств, предназначенных для формирования, изучения, приема и обработки сигналов - переносчиков информации.

1.1 Классификация РТС

1. РТС извлечения информации.

О тправитель отсутствует. Информация закладывается в сигнал при его отражении от целей. Это информация о дальности до цели, во вре­мени запаздывания отраженного сигнала по отношению к излученному.

- длина волны, облучающей цель, - радиальная скорость.

В направлении прихода фронта волны по отношению к разрыву антенны содержится информация о направлении на цель.

Рисунок.

Это РТС активной локации, так как объект облучается какого-либо рода сигналом, и по отражению что-то узнается. Также существует РТС пассивной локации, В данном случае она не облучает объект, а улавли­вает его излучение (природные шумы, естественное электромагнитное излучение), и по ним может определить направление объекта. Данное устройство называется пеленгатором, и для определения координат объ­екта необходимо лишь два пеленгатора.

2. РТС передачи информации у РТС ПИ. Имеется отправитель информации и получатель. Такие системы - это все системы связи, телеметрические, и телевизионные системы.

3. РТС разрушения информации. Предназначены для противодей­ствия первым двум видам РТС. Это станции постановки помех.

Рисунок.

1.2 Задачи, решаемые РТС

1. Обнаружение целей по принятым сигналам.

2. Оценка параметров сигналов: А - амплитуда, - начальная фаза, f- частота, t_В- время запаздывания и направление прихода сигнала но двум составляющим α - азимут, β - угол места.

3. Разрешение целей состоит в определении числа близко расположен­ных друг с другом целей по отраженным от них сигналам.

4. Различение. Характерно для систем связи и управления, в которых элементы кодовых комбинаций передаются различными, но заранее из­вестными сигналами, иле командами управления.

В этой задаче следует определить, какой из нескольких возможных сигналов в данный момент на входе приемника. Модулятор-загрузчик.

5. Задача распознавания целей по виду принимаемых сигналов. Нужно определить вид цели, от которой он отразился. При отражении закла­дывается информация о конфигурации.

6. Задача автоматического сопровождения целей по дальности, скорости и угловым координатам с целью получения оценки траектории движе­ния целей.

7. Задача третичной обработки. Обработка сигналов и/или информации, получаемой от нескольких РЛС, связных навиганых навигационных позиции в едином центре.. Задачи 1-4 относят к первичной обработке, 5-6 к вторичной.

2. Понятие обработки сигнала

Определение:

Обработка - последовательность математических операций над вход­ной реализацией (напряжение, снимаемое с выхода УПЧ приемника), предназначенная для решения данной задачи.

Для каждой из перечисленных задач обработка своя. Алгоритм обра­ботки зависит от моделей, принимаемых полезных сигналов, и моделей помеховых сигналов. Одну и ту же задачу можно решить несколькими отличающимися друг от друга алгоритмами обработки. Качество реше­ния любой задачи определяется термином эффективность алгоритма обработки. Из-за наличия помех - случайных параметров принимаемых полезных сигналов, и конечного интервала обработки решение любой из перечисленных задач не может быть выполнено абсолютно точно, так как помехи - всегда случайный процесс.

Если параметры сигнала - всегда случайный процесс, то решение лю­бой задачи определяется терминами теории вероятности.

Среди нескольких алгоритмов обработки, предназначенных для ре­шения данной задачи - найдется один максимально эффективный. Он оптимален - то есть является наилучшим, среди всех возможных, пред­назначенных для решения данной задачи. Понятие оптимальности воз­можно только при заданном критерии качества.

Критерий должен удовлетворять двум условиям:

1. Содержать численные параметры, определяющие эффективность ре­шения задачи.

2. Быть математически продуктивным, то есть позволять выполнить ма­тематический синтез оптимального алгоритма.

Последовательность операций при синтезе оптимальных ал­горитмов обработки.

Рисунок.

Модель полезного сигнала определяет алгоритм обработки. Последовательность операций при синтезе алгоритмов обработки. Прежде чем к чему-то приступать, нужно задать модели полезных, помеховых сигналов и вид их взаимодействия. При отсутствии какого-либо из данных вычисления бесполезны.

Сама модель:

1. Задание решаемой задачи.

2. Выбор или задание критерия качества.

3. Задание модели распространения полезных сигналов, в которую входят: канал "передающая антенна - цель", вид цели (точечная или рас­пределенная), канал "цель-приемная антенна".

4. Выбор или задание моделей излучаемого сигнала.

5. На основе третьего и четвертого определения модели принимаемо­го сигнала на выходе каналы распространения:

• гидросфера

• ионосфера

• тело человека или животного

• атмосфера

• космическое пространство

6. Задание моделей помех и их взаимодействия с принимаемым по­лезным сигналом.

Типы взаимодействия:

Аддитивная помеха. Складывается с сигналом.

Мультипликативная помеха. Умножается на сигнал.

Аддитивно-мультипликативная.

Аддитивная помеха - это собственный шум приемника и ряд внеш­них помех. Он складывается с полезным сигналом. При распространении сигнала в атмосферной среде амплитуда случайно изменяется - это муль­типликативная помеха.

7. Составление уравнений, связывающих между собой критерий ка­чества и модель входной реализации, с учетом ограничений, накладыва­емых на техническую реализацию алгоритма.

8. Решение этих уравнений - получение оптимального алгоритма, то есть набор математических операций, которые необходимо выполнить над принятой реализацией.

9. По полученному алгоритму определяется структурная схема, где для каждой операции выбирается техническое устройство, ее реализую­щее, и определяется эффективность работы оптимального алгоритма, а так же стоимость его реализации.

10. Если эффективность оказывается больше, чем требуется - то идут на упрощение оптимального алгоритма с целью снижения стоимости реализации путем отбрасывания каких-то несущественных операций и/или приближенного выполнения существенных операций - поиск подоптимального алгоритма (квазиоптимального). Определяют эффективность подоптимального алгоритма, и сравнивают с заданной. Если она ока­зывается больше, чем заданная - то продолжают упрощение до того мо­мента, когда эффективность упрощенного алгоритма не сравняется с за­данной.

2.1 Информация, сообщение, сигнал

Определение Информация - это совокупность сведений о событиях или явлениях, которые получает потребитель (это сведения, которые яв­ляются объектом хранения, передачи и преобразования).

Определение Сообщение - это совокупность сведений о состоянии какой-либо материальной системы, а сама материальная система, вместе с устройством регистрации ее состояния называется источником сообще­ния.

Сообщения бывают дискретные и непрерывные.

Дискретными называются такие сообщения, которые предполагают передачу конечного числа символов или знаков. Например, буквенно-цифровой текст.

Непрерывными (аналоговыми) называются такие сообщения, в ко­торых подлежащая передаче совокупность сведений является непрерыв­ной функцией. Например, это речь, музыка, изображения. Не всякое сообщение несет информацию.

Передача информации происходит с помощью материального носите­ля. Передача информации происходит с помощью физических процессов - электромагнитные и акустические поля.

Физический процесс, несущий передаваемое сообщение, называется сигналом.

Сигнал - это изменение состояния материального объекта, произве­денное по заранее определенным правилам (коду).

Сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров физического процесса по закону передаваемого сообщения. Этот процесс называется модуляцией.

Сообщения бывают:

1. Динамическими функциями времени. В этом случае сигнал - функция времени.

2. Статичные. Это текст, картинки.

Сигнал всегда является функцией времени, даже если сообщение статично. Если сообщение передается непрерывно, то сигнал аналого­вый (непрерывный). Дискретные сообщения передаются дискретными сигналами.

3. РТС ПИ (передачи информации)

3.1 Структурная схема системы передачи дискрет­ных сообщений

Функциональная схема системы передачи дискретныхсообщений

Арrd, - передающая антенна.

Арrт - приемная антенна.

С-выхода DKK - первичный код.

С - выхода DМ - вторичный код.

IР - источник внешней помехи.

Виды модуляции сигналов - переносчиков информации

Пример:

ДОСКА - кодовая комбинация.

Модулятор - голосовой аппарат.

GSPI- легкие.

PRD- рот (вместе с APRD)

PRM- слуховой аппарат.

На DKIпоступает набор импульсов, который он превращает в образ доски.

Рисунок: Структурная схема системы передачи дискретных сообщений.

Доски бывают разные, следовательно, кодирование неоднозначно. Дос­ка при искажении помехами может превратиться в ТОСКА. Для предот­вращения этого и нужны КК и DКК. Чтобы предотвратить такое ис­кажение - вводятся КК и DКК.

Каждый элемент первичного кода дополнительно кодируется: ДОС­КА: Дмитрий, Ольга, Сергей, Ксения, Алексей.

Другой способ представляет собой неоднократное повторение кодо­вой комбинации. ДОСКА ДОСКА ДОСКА

Введение избыточности любым путем уменьшает скорость передачи, т. к. любое повторение не несёт новой информации, а занимает время, в которое можно передавать другие сообщения.

Источник дискретных сообщений считается заданным, если заданы все возможные сообщения х_1,х_2,....,х_n которые могут возникать на его выходе и заданы соответствующие этим сообщениям их вероятности по­явления на выходе IS: Р(х₁),Р(х₂), ...,Р(х_n).

М_и - объем алфавита источника сообщений - то есть число различ­ных сообщений, которые могут получиться на выходе источника.

Рисунок: Источник сообщения.

Вероятности всех цифр и букв давно подсчитаны. КI предназначен для однозначного кодирования сообщений, снимаемых с выхода IS, то есть каждому сообщению он должен присвоить свою кодовую комбина­цию, которая должна отличаться от кодовых комбинаций, присвоенных всем другим сообщениям.

С выхода КI снимается первичный код.

КК предназначен для увеличения помехоустойчивости при передаче информации на этапе кодирования путем введения избыточности в кодо­вые комбинации первичного кода.

Например, методом их L-кратного повторения или дополнительного кодирования каждого элемента первичного кода. Введение избыточности приведет к снижению скорости передачи информации, так как на вторич­ное кодирование требуется больше времени, чем на первичное.

С выхода КК снимается вторичный или помехоустойчивый код.

М предназначен для формирования сигналов, передающих элемен­ты кодовых комбинаций от отправителя сообщения к получателю. Для этого в модуляторе производится изменение какого-либо параметра сиг­нала, снимаемого с GSPI по закону, определяемому элементами кодовой комбинации, поступающей на управляющий вход модулятора. С выхода М снимаются сигналы.

PRD предназначен для переноса сигналов, снимаемых с выхода М на высокую частоту и их усиления.

Рисунок: Кодер источника.

APRD преобразует сигналы, поступающие с выхода PRD в электро­магнитное поле, которое излучается в пространство.

Аprm принимает электромагнитные поля, снимаемые из окружающе­го пространства, и преобразует их в напряжения, снимаемые с ее выхода.

Таким образом, на выходе приемной антенны снимаются все сигна­лы, которые попали по спектру в ее полосу пропускания.

PRM предназначен для осуществления частотной фильтрации при­нятых антенной сигналов, то есть он должен пропустить на свой выход только те сигналы, которые совпадают по спектру с его полосой пропускания. Приемник также должен усилить принимаемые сигналы до величины, необходимой для работы последующих устройств (в данном случае DМ). Приёмник должен также не искажать форму сигнала.

С выхода приемника снимаются как полезные сигналы, переносящие элементы кодовых комбинаций, так и помехи, как внешние, совпадающие по спектру с полезным сигналом, так и собственный шум приемника.

DМ преобразует сигналы, снимаемые с выхода PRM в соответству­ющие им элементы кодовой комбинации.

DМ выполняет демодуляцию.

DКК предназначен для помехоустойчивого декодирования вторично­го кода с обнаружением или исправлением ошибок.

С выхода DKK снимается первичный код.

DКI преобразует первичный код в передаваемое сообщение, которая выдается получателю.

4 Виды модуляции сигналов переносчиков ин­формации

Модуляцией называется изменение одного или нескольких параметров сигнала, снимаемого с выхода GSPIпо закону передаваемого сообще­ния. В цифровых системах связи при кодировании обычно применяет­ся бинарный код, имеющий символы "0" и "1". Поэтому модулируемый параметр сигнала должен принимать только два значения: одно соот­ветствует нулю, другое соответствуетединице. В этом случае процесс модуляции называется манипуляцией.

Рассмотрим виды манипуляции синусоидального колебания, форми­руемого GSPI.

Это сигнал формируемый GSPI.

Рисунок: Передача сигнала.

Наибольшей помехоустойчивостью обладают сигналы с фазовой ма­нипуляцией, с разностью фаз между ними равной π. Такие сигналы называются ортогональными.

Меньшей помехоустойчивостью обладают сигналы с частотной модуляцией (FМ). Такие сигналы называются ортоганальными.

Рисунок.

Еще меньшей помехоустойчивостью обладают сигналы с амплитуд­ной модуляцией с пассивной паузой, и самая плохая и АМ с активной паузой.

Могут быть использованы комплексные виды манипуляции. Напри­мер, ЧМ-ФМ, АМ-ФМ, АМ-ЧМ.

При амплитудной модуляции в качестве демодулятора используют амплитудный детектор, напряжение на выходе которого определяется амплитудой сигнала на входе. При частотной модуляции демодулятор частотный детектор. Напряжение на его выходе зависит от частоты при­нимаемого сигнала.

При FМ демодулятором является фазовый детектор. Он требует до­­­­­полнительной передачи опорного напряжения.

4.1 Виды манипуляции последовательности видеоим­пульсов

АИМ с ПП - амплитудно-импульсная модуляция с пассивной паузой.

АИМ с АП - амплитудно-импульсная модуляция с активной паузой. ЧИМ - частотно-импульсная модуляция. ШИМ - широтно-импульсная модуляция.

ВИМ - временно-импульсная модуляция. Она же ФИМ - фазо-импульснаямодуляция.

^{5 Основные параметры кода}

1. Основание кода - m. Определяется числом отличающихся друг от друга символов в алфавите кода (кодера). При т = 2 код называется бинарным, и наиболее часто используемые символы его представления: "0", "1". Положительные свойства:

1. Простота сопряжения с ЭВМ.

2. Полное использование возможностей передающих устройств.

3. Высокая помехоустойчивость.

При т >2 код называется многоосновной.

При т = 1 код называется числоимпулъсным.

2. Длина кодовой комбинации п. Еще это называется разрядность или длина кодового слова. Это количество символов в кодовой комбинации. Кодовая комбинация соответствует передачи отдельного дискретного сообщения. Код называется равномерным, если все кодовые комбинации равны по длине, и неравномерным, если кодовые комбинации имеют раз­ную длину.

3. Число кодовых комбинаций N.

Для однозначного кодирования число различных кодовых комбинаций должно быть больше или равно объему алфавита источника дискретных сообщений. М_п<= N. Код называется полным, (простым или примитив­ным), если N = Мп. При выполнении < Мп < т^пкод называется первичным.

Существуют разрешенные и запрещенные комбинации при первичном коде. Например, когда нам нужно закодировать 17 сообщений в двоич­ном коде - нам нужно последовательность длины 5. Такой код является первичным, но там будет 15 запрещенных символов.

В первичном коде всегда для кодирования используется больше по­ловины возможных кодовых комбинаций. 4. Кодовое расстояние dопределяется количеством разрядов, в которых одна кодовая комбина­ция данного кода отличается от другой.

0101 0101

1001 1101

d = 2 d =1

Минимальное кодовое расстояние равно минимальному числу несовпадающих по значению одноименных разрядов при попарном срав­нении всех комбинаций кодов.

В первичных кодах всегда .

5. Избыточность кода. К наличию избыточности приводит то, что среди возможного числа кодовых комбинаций N для передачи сообще­ний используются только кодовых комбинаций, которые называются разрешенными, а для передачи сообщений не используются. Они называются запрещенными. В зависимости от этого соотношения рас­сматривается такое понятие как избыточность.

^{6 Первичные стандартные коды}

Они формируются кодером источника.

1. Код Морзе. Код неравномерный. Создан в 1837 году. Длина кодовойкомбинации определяется вероятностью появления букв латинского ал­фавита и чем больше эта вероятность, тем короче длина кодовой комби­нации. В этом случае сокращается средняя длина кодовых комбинаций, что увеличивает скорость передачи сообщений.

Кодовые комбинации состоят из единиц и нулей, которые использу­ются в двух сочетаниях; как одиночные - "1", "0", или как тройные "111", "000". Единица используется как точка. 0 служит для отделения одного знака от другого. 111 используется как тире. 000 отделяют одну кодовую комбинацию от другой, положительные свойства: высокая помехоустой­чивость, возможность приема на слух, отрицательные свойства: сверхизбыточный код, неравномерный, при руч­ной работе на ключе длительность элементарной кодовой посылки т -переменная, значит, зависит от человека.

2. Код Бодо, Был создан в 1874. т = 2; п = 5; N = 2⁵ = 32.

3. Код Муррея. Отличие от кода Бодо только в том, что для наиболее часто встречающихся букв и знаков используются кодовые комбинации с минимальным числом единиц, что снижает нагрузку на аппаратуру и увеличивает надежность ее работы,

4. МТК-2. 1932 год. т = 2;п =5;N= 32;. В нем есть латинский алфа­вит, цифры и русский алфавит. Введен третий регистр.

5. СКПД №5. Стандартный код передачи данных номер 5. m— 2;п = 7; N = 128. Дополнительно к предыдущим кодам введены новые кодовые комбинации, позволяющие осуществлять сообщение с ЭВМ,

^{7 Принципы помехоустойчивого кодирования}

Помехоустойчивое кодирование является одним из этапов повышения вероятности правильного приема передаваемых сообщений. Общие положения. При действии помех может быть неправильный при­ем (демодуляция), Вместо передаваемой единицы в кодовой комбинации ошибочно будем считать, что передавался "0", и наоборот, вместо пере­даваемого нуля ошибочно на выходе демодулятора снимается единица. Такая одиночная ошибка в приеме единицы или нуля приводит к оши­бочному приему всей кодовой комбинации. Любая ошибка носит вероят­ностный характер, то есть она может появиться только с определенной вероятностью, которая зависит от отношения сигнал - шум. Чем больше отношение сигнал - шум, тем меньше вероятность ошибки при передачи первичных кодов.

Двоичный симметричный канал связи. Р(0/0) - вероятность появления нуля на выходе ДМ при условии, что на выходе кодера источника снимался элемент кодовой комбинации 0. Такая вероятность называется условной. Условие: появление нуля на выходе кодера источника. Таким же образом можно рассматривать Р= (1/1). Это вероятности правильного приема нуля и единицы.

Рисунок.

Р(1/0);Р(0/1) - вероятности перепутывания.

Р(0/0) = Р(1/1);Р(1/0) = Р(0/1);Р(0/0) + Р(1/0) = 1;Р(1/1) + Р(0/1) = 1; Методы помехоустойчивого кодирования направлены на увеличениевероятности приема нулей и единиц.

8 Влияние минимального кодового рассто­яния на кратность обнаружения и исправ­ления ошибки

Помехоустойчивое кодирование применяется при двух методах деко­дирования:

1. С обнаружением ошибки.

2. С исправлением ошибки.

Кратность ошибки - число позиций (разрядов), в которых при де­модуляции произошли ошибки. Вместо нуля с выхода ДМ снята единица, или вместо единицы с выходя ДМ снимается 0.

Рисунок.

8.1 Принцип обнаружения ошибки кратностью а.

Нужно передать два сообщения: КК формирует вторичный код.

Рисунок.

Если = 2, то мы можем обнаружить однократную ошибку. Двух­кратная ошибка в этом случае не может быть обнаружена. Следователь­но, нужно увеличить .

Рисунок.

Если >= а + 1. - мы можем обнаружить ошибку кратностью а. Если эти вероятности существенно разные, то исправление ошибкивозможно без повторного запроса.

8.2 Влияние на кратность исправляемой ошиб­ки.

При исправлении ошибки получается кодовая комбинация, несовпа­дающая с разрешенными, сравнивается с ними по величине кодового рас­стояния. В результате сравнения будет считаться, что передавалась та кодовая комбинация,которая меньше других отличается от принятой.

Рисунок.

Для исправления двухкратной ошибки должно быть равно 5.

>=2а+1

Как для обнаружения, так и для исправления ошибки необходимо при­менять коды (вторичные помехоустойчивые), у которых >1. данное требование увеличивает длину кодовой комбинации по сравнения с той, которая необходима для однозначного кодирования сообщения, что при­водит к снижению скорости передачи сообщений (информации).

8.3 Простейшие методы защиты от ошибок

Для увеличения помехоустойчивости необходимо увеличивать объем сигнала.

,

гдеТ- длительность сигнала. ∆F- ширина спектра сигнала.

- отношения сигнал/шум.

Р_с- мощность сигнала.

Р_т - мощность шума.

Мощность сигнала увеличивать нельзя.

Кроме увеличения объема сигнала, для увеличения помехоустойчиво­сти применяется следующие методы на этапе кодирования информации:

1. Многократное повторение кодовой комбинации первичного кода.

2. Одновременная передача информации по нескольким каналам.

3. Корректирующие коды.

4. Комбинация первых трех вариантов.

8.4 Метод многократного повторения

Используется в двух вариантах:

1. Повторение кодовых комбинаций одна за другой.

2. Один элемент кодовой комбинации повторяется раз.

Положительные свойства: Самый простой метод.

Отрицательные свойства:

Снижается скорость передачи в раз, а, следовательно, увеличивается задержка в получении сообщения.

8.5 Правила декодирования в двоичных симметрич­ных каналах связи при использовании метода -кратного повторения кодовых комбинаций

В двоичных симметричных каналах связи Р(1/0) = P(0/1)-Для декодирования применяется метод накопления: решение прини­мается по большинству принятых одноименных элементов ( метод го­лосования по большинству или мажоритарный метод).

Для этого каждый должен передаваться не менее, чем трижды. При этом выбор значения элемента производится по двум одноименным значениям.

- минимальное кодовое расстояние первичного кода.

Рисунок.

Это самый простой метод. Кроме этого метода еще применяются:

1. Корректирующий код. 2. Инверсный код. 3. Код с проверкой на чет­ность и другие методы помехоустойчивого кодирования.

Если все кодовые комбинации одной длины, то код равномерный.

Принципы кодирования Хафмана, Шенона и Фано:

Длина кодовой комбинации определятся вероятностью ее появления на выходе.

М аркеры между комбинациями не нужны, так как видно, какая из комбинаций передается.

Это позволило увеличить скорость передачи информации на этапе первичного кодирования. Но если возникнет одна ошибка, то испортят­ся несколько кодовых комбинаций, так как маркеров нет ( возникнет трек ошибок).

Обнаружение ошибки возможно, так как разрешенная кодовая комбинация, в которой произошла ошибка, переходит в запрещенную. И это обнаруживается на приёмной стороне путем ее сравнения со всеми разрешенным кодовыми комбинациями.