ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра радиотехнических систем

ПРАКТИКУМ

МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОПТИМАЛЬНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ БЕЛОГО ШУМА В СРЕДЕ СПЕКТР-2

Москва 2018

2

План УМД на 2017/18 уч. г

ПРАКТИКУМ

МОДЕЛИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА ОПТИМАЛЬНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ БЕЛОГО ШУМА В СРЕДЕ СПЕКТР-2

Авторы: Лобов Е.М., к.т.н., доцент Лобова Е.О., Курахтенков Л.В., к.т.н.

Издание утверждено советом факультета Радио и телевидение. Протокол № __ от 15.03.2018 г.

Рецензент: М.В. Терешонок, к.т.н., доцент

3

3. Оформление отчета

Отчет должен быть оформлен на бумаге в соответствии с типовыми требованиями, принятыми на кафедре РТС:

-титульный лист;

-цель работы;

-результаты домашнего расчета;

-результаты экспериментальной оценки вероятностей ложной тревоги и пропуска цели;

-выводы;

-список литературы, которую студент использовал при подготовке и выполнении лабораторной работы.

Защита результатов исследований студентом сводится к ответам студента на вопросы преподавателя по содержанию отчета и, в случае необходимости, к пояснениям рисунков, сохраненных в личной папке студента.

4.Методические указания по выполнению работы

Необходимо запустить программу «Spectr-2» двойным нажатием левой кнопки мыши по исполняемому файлу Spectr2.exe. В открывшемся окне следует выбрать пункт меню «Файл» - «Загрузить систему». Далее в папке выбрать файл m_seq_determ_detect.sa. После выполнения данных действий необходимо выбрать пункт меню «Система» - «Свойства». Откроется окно «Параметры системы», в которое требуется ввести данные как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Параметры системы

Пояснение схемы обнаружителя

Схема обнаружителя представлена на рисунке 2.

5

Рассмотрим её функциональные элементы (см. рисунок 2): 1 – система обнаружения сигналов; 2 – система подсчёта ОСШ.

Рисунок 2. Схема обнаружителя с разделением на основные функциональные элементы

В системе подсчёта ОСШ (рисунок 3) под цифрой один (1) обозначена система вычисления отношения средней мощности сигнала к средней мощности шума Pсср / Pшср . На блок возведения в квадрат (1.1) поступает сигнал, на его вы-

ходе имеем мощность сигнала. После блока усреднения (1.2) имеем уже среднюю мощность сигнала Pсср . На нижней ветви такие же операции проводятся с

шумом, только после усреднения мощность шума Pшср подаётся на блок (1.3), ко-

торыйвычисляетвеличинуобратнопропорциональнуюсреднеймощностишума 1/ Pшср . Далее средняя мощность сигнала и шума поступают на перемножитель

(1.4), на выходе которого уже наблюдается Pсср / Pшср . На вольтметре (1.8) можно наблюдать измеренное значениеPсср / Pшср в безразмерных единицах. Блоки (1.5)

(блок взятия десятичного логарифма) и (1.6) (усилитель с коэффициентом усиления 10) позволяют рассчитать значениеPсср / Pшср в дБ, вольтметр (1.7) показы-

вает это значение.

Система расчёта отношения энергии сигнала к спектральной плотности мощности шума (ОСШ) Es / N0 обозначена цифрой два (2). Энергия сигнала

рассчитывается так: квадрат сигнала поступает вместе с синхроимпульсами (вырабатываемыми на генераторе (2.2)) на интегратор со сбросом (2.1), отсчёты энергии сигнала накапливаются в блоке (2.3), а после накопления энергия Es

усредняется(этоделается,чтобыизбежатьслучайныхэнергетическихвыбросов)

6

и поступает на перемножитель вместе с 1/ N0 . Расчёт спектральной плотности мощности шума (СПМ) отличается от расчёта Pшср наличием усилителя (2.4) с

коэффициентом усиления равным двум. Это объясняется тем, что при нулевом среднем значении шума, что справедливо в данном случае, выполняется равен-

ство N0 = 2Pшср , так как Pшср =σш2 при математическом ожидании шума mш = 0. Es / N0 можно посмотерть на вольтметре (2.6), (Es / N0 )дБ – на вольтметре (2.5).

Рисунок 3. Схема подсчёта ОСШ

Рассмотрим подробно систему обнаружения сигналов (рисунок 4). На нём обозначены:

1– часть обнаружителя, отвечающая за нахождение корреляционной суммы принятой выборки и опорного сигнала;

2 – устройство принятия решения;

3– система подсчёта вероятности пропуска целиPпц и вероятности обнаружения цели Pобн или Pлтр и Pпротс .

Рисунок 4. Основные блоки обнаружителя

Генератор (1.1) формирует информационный сигнал с периодом повторения 1023, отсчёты которого xi без искажений поступают на сумматор (1.4), где

суммируются с белым гауссовским шумом с нулевым средним ni (шум форми-

7

рует генератор 1.3). На выходе сумматора имеем аддитивную сигнально-шумо- вую смесь yi = xi +ni , которая вместе с опорным сигналом (также формируется

генератором 1.1) поступает на перемножитель (1.5) , а затем вместе с тактовыми импульсами (1.7) на интегратор со сбросом (1.8). На выходе интегратора наблю-

N −1

дается корреляционная сумма λ = ∑yi xi , называемая статистикой. Именно по

i=0

ней предполагается принимать решении о наличии или отсутствии сигнала в принятой выборке. λ поступает на устройство принятия решения (2), состоящее из генератора постоянного напряжения (2.1), значение напряжения которого равно пороговому значению C , и компаратора (2.2), который выполняет функцию устройства сравнения. Если λ ≥C , то на выходе компаратора будет 1 (принято решение о наличии сигнала в yi ), если λ <C , то на выходе компаратора

будет 0 (принято решение об отсутствии сигнала в yi ). Далее реализуется под-

счёт Pпц и Pобн или Pлтр и Pпротс (3).Важнознать,что генератор тактовых импульсов (1.7) настроен так, что количество тактовых импульсов равно количеству вырабатываемых генератором сигналов плюс один. Поэтому, чтобы подсчитать общее количество принятых сигналов производится накопление (блок 3.4) тактовых импульсов и вычитание из общей суммы единицы (вычитание осуществляет блок 3.5). Общее количество сигналов продемонстрировано на вольтметре (3.7). Выход компаратора вместе с тактовыми импульсами поступает на перемножитель (3.1) (каждый тактовый импульс умножается на 1 либо 0), а следом на накопитель (3.2). В результате на вольтметре (3.3) можно наблюдать количество обнаруженныхсигналов.Выходблока3.2умножается(3.8)на(1/общееколичество импульсов), полученное с помощью блока (3.6). Врезультате получаем значение Pобн на вольтметре (3.9). Для нахождения Pпц из единицы, формируемой генера-

тором (3.10), вычитаем (блок 3.11) Pобн . Pпц можно наблюдать на вольтметре

(3.12). Для нахождения Pлтр и Pпротс значение усилителя (1.2) меняется с 1 на 0, при этом yi = ni . С вольтметра 3.9 снимается Pлтр , с 3.12 снимается Pпротс .

Внимание!!! Данная система представляет собой модель системы обнаружения, поэтому аддитивная смесь сигнала с шумом формируется прямо в самой модели, в реальных системах же её принимают с помощью приёмного устройства и подвергают обработке! Опорный сигнал в реальных системах формируют с помощью априорных данных.

Пояснения к выполнению

В соответствии с вариантом в генератор полинома и ПСП (1.1) заносится порождающий полином M - последовательности (соответствующее окно открывается двойным нажатием левой кнопки мыши по генератору 1.1). Пример настройки генератора представлен на рисунке 5. Окно, в которое заносится порождающий полином, выделено красным, остальные параметры генератора должны быть такими же как на рисунке.

8

Рисунок 6. Диалоговое окно генератора шумов

Рисунок 7.Панель инструментов «Спектр-2»

Также в лабораторном задании требуется снять спектрограммы и осциллограммы сигнала, шума и аддитивной смеси сигнала с шумом. Осциллограмму и спектр сигнала требуется снять только один раз. Значение σш2 при этом не имеет

значения, так как информационный сигнал не зависит от дисперсии шума. Осциллограмму, спектрограмму шума и смеси сигнала с шумом требуется снять тоже только один раз, но с указанием значенияσш2 при котором они были сняты.

Совместную спектрограмму сигнала и шума (несмесисигнала сшумом!) необходимо снять трижды: для минимально рассчитанной в домашнем задании σш2 ,

для σш2 при (Es / N0 )дБ =15дБидлямаксимальнойσш2 .Дляэтих трёхслучаевнужно

снятьзначениеотношениясреднеймощностисигналаксреднеймощностишума в безразмерных единицах и в дБ. Также необходимо снять временные зависимости смеси сигнала с шумом на фоне осциллограммы неискажённого сигнала для тех же значений σш2 .

Для снятия осциллограммы требуется, с помощью нажатия на кнопку «Ос-

циллограммы в контрольных точках» на панели инструментов, открыть окно осциллографа и остановить систему. В появившемся окне необходимо выбрать нужный канал (кнопка «К») и настроить изображение (см. пример на рисунке 8).

Для снятия спектрограммы (спектра, СПМ) на панели инструментов нажи-

мается кнопка «Спектрограммы в контрольных точках» . Откроется окно спектроанализатора, в котором необходимо выбрать нужный канал (кнопка «Каналы», см. пример на рисунке 9). Снять спектр можно как в линейном, так и в

логарифмическом масштабе нажав кнопку на панели инструментов.

Рисунок 8. Окно осциллографа

10