7.Лабораторная работа № 26. Цифровой автомат.

7.1.Основные алгоритмы и структурная схема устройства первичной обработки сигналов

В лабораторной работе № 26 СП выполнен, как цифровой автомат (ЦА), реализующий алгоритм k/l ─ n. В ЦА производится обнаружениеk импульсов наlпервых позициях пачки, причем обычноk <m, что позволяет значительно сократить аппаратурные затраты. При оценке положения центра пачки за начало пачки принимают положение импульса обнаружения. За конец пачки в ЦА обычно принимают наличиеnнулей на смежных позициях. Структурная схема ЦА 3/4 - 2 приведена на рис.5, там же изображены напряжения в контрольных точках. ЦЛЗ осуществляет задержку сигнала с выхода селектора по дальности напозиций (= 4). Сигналы, поступающие на вычитающий вход реверсивного счетчика СТ2D2, образуются из сигнала с выхода четвертого разряда ЦЛЗ и(Выход регистра сдвигаХ9.2). Сигнал второго разряда (Выход реверсивного счетчикаХ10.2) и числовое значение выходного кода СТ2 изображены на рис. 5. Импульс обнаружения (Импульс обнаруженияХ11.2) на выходе генератора положительного перепада образуется при выполнении критерия обнаружения.

Импульс конца пачки (Х12.2), необходимый для нахождения центра пачки, образуется на выходеD3 при выполнении критерия конца пачки. Импульсы оценки положения центра пачки на выходеD4 формируются аналогично импульсам оценки положения СП лабораторной роботы № 25 п.5.

В ЦА при обнаружении и измерении положения центра пачки используется не вся энергия пачечного сигнала, поэтому качественные характеристики ЦА, изображенные на рис.6, имеют проигрыш по отношению к СП квазиоптимальной цифровой обработки. Характеристики обнаружения одиночного импульса не изменяются (рис.3а).

7.2.Порядок выполнения лабораторного задания

1) Включение лабораторной установки производится в соответствии с п.5.1.

2) Исследование работы специализированного процессора.

а) Контроль функционирования СП. Контроль производится снятием эпюр напряжений в контрольных точках Х1-Х8;Х9.2-Х12.2.

б) Определение вероятностей Р_ш,F. ОпределениеР_ш,Fпроизводится аналогично пункту 5.2. Сопоставить экспериментальные и теоретические результаты (рис.6).

в) Определение качественных характеристик обнаружения (веро-ятностей Р_сш,D) производится аналогично п. 5 при амплитуде сигналаU_co = 0.4 В. Сопоставить экспериментальные и теоретические результаты рис.6. Отношение сигнал/шумq на входе устройства обработки определяется по графикам Р_сш=Р_сш(Р_ш,q₀) (рис.2а).

г) Определение точностных характеристик СП производится анало-гично п.4. Сопоставить расчетные и экспериментальные результаты (рис.6).

д) Произвести определение Р_сш,D,_впри меньшем отношении с/ш, для чего амплитуду сигнала уменьшить до 0,2-0,3 В и повторить п. в и г.

8.Лабораторная работа № 28. Специализированный процессор обработки со стабилизацией вероятности ложной тревоги с помощью модифицированного знакового обнаружителя

8.1. В лабораторной работе № 28 специализированный процессор обработки пачки импульсов состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), модифицированного знакового обнаружителя одиночного импульса (МЗО), равновесного накопителя пачки бинарно-квантованных импульсов, реализующего алгоритм обнаружения .

Структурная схема лабораторной установки представлена на рис.7. Она включает имитатор отраженного сигнала А1, специализированный процессор цифровой обработки пачки некогерентных радиоимпульсов А2, синхронизатор А3, устройство статистической обработки А4, цифровой пятиразрядный дисплей А5, источник вторичного электропитания А6.

Рис.5.Упрощенная структурная схема цифрового процессора в лабораторной работе № 26 и сигналы в контрольных точках

Рис.6. Рабочие характеристики спецпроцессора в виде цифрового автомата (ЦА) 3/4–2 при m=16: а) зависимость вероятности ложной тревоги F от P_ш ; б) зависимость дисперсии оценки положения центра пачки от отношения сигнал/шум; в) характеристики обнаружения пачки импульсов

В имитаторе отраженного сигнала формируется сигнал в виде пачки радиоимпульсов с помощью генератора радиоимпульсов (ГИ), регулировка амплитуды которого осуществляется резистором "Уровень сигнала", и шумовое напряжение с помощью генератора шума (ГШ), уровень которого регулируется резистором "Уровень шума".

Для проверки режима подавления более слабой цели формируются сигналы, отраженные от двух разнесенных по дальности целей, одна из которых может перемещаться по дальности. Временная задержка второй цели относительно первой регулируется от 0 до 80 мкс резистором "Дальность 2".

В синхронизаторе формируются последовательности синхрони-зирующих импульсов СП, импульс начала обзора (НО) для синхронизации осциллографа, а также устройств А4,А5.

Смесь сигнала и шума поступает на вход УПЧ. Для трехкаскадного резонансного усилителя оптимальная полоса пропускания по уровню 0.7 составляет f_упч=0,8/_и; для импульса длительностью 5 мкс полоса пропускания составляет 160 кГц. С выхода УПЧ сигнал поступает на амплитудный детектор, где происходит выделение огибающей суммарного сигнала.Cпециализированный процессор состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), модифицированного знакового обнаружителя одиночного импульса (МЗО), равновесного накопителя пачки бинарно-квантованных импульсов, реализующего алгоритм обнаружения

.

Для исключения влияния нестационарности шума на уровень вероятности ложной тревоги кроме систем шумовой автоматической регулировки усиления в приемнике и автоматической регулировки порога квантования в параметрическом обнаружителе одиночного импульса может использоваться непараметрический (не зависящий от мощности и распределения шума) обнаружитель, который обеспечивает постоянство вероятности ложной тревоги при достаточно слабых ограничениях на известность статистических характеристик шума, - модифицированный знаковый обнаружитель. Сигнал с выхода амплитудного детектора подается на линию задержки с отводами (n = 5-10), задержка между отводами равна интервалу временной дискретизации входного процесса, в данном случаеT_д=1/Δf_упч.

Рис.7. Структурная схема установки для выполнения лабораторной работы № 28.

Рис.8.Упрощенная структурная схема спецпроцессора со стабилизацией вероятности ложной тревоги и сигналы в контрольных точках

Выходное напряжение со среднего отвода сравнивается в компараторах с уровнями напряжения от предшествующих и последующих отводов. Напряжение на выходах компараторов равно единице, если уровень напряжения в среднем отводе выше, чем в соседних отводах, т.е. в качестве порога обнаружения одиночного импульса используется не постоянное пороговое напряжение U₀, а уровень шумового напряжения в соседних элементах разрешения. На выходе схемы совпадения формируются импульсы стандартной длительности и амплитуды, если на всех ее входах одновременно присутствуют единицы. Дальнейшая обработка осуществляется в цифровом накопителе. Структурная схема СП, форма напряжений в контрольных точках, поясняющих его работу, представлены на рис.8.

Рабочие характеристики СП со стабилизацией вероятности ложной тревоги приведены на рис. 9: а) характеристики обнаружения одиночного импульса МЗО в сравнении с характеристиками обнаружения одиночного импульса в ПУ с постоянным порогом обнаружения, б) характеристики обнаружения пачки некогерентных импульсов при использовании в качестве обнаружителя одиночного импульса МЗО, в) и г) зависимость вероятностей Р_шиР_сшот разрядности АЦП и коэффициента корреляции выборочных значений шумового напряжения в соседних отводах цифровой линии задержки МЗО. Вероятностьp_шне зависит от мощности шума и закона распределения. Требуемая величинаp_шобеспечивается выбором числа отводов линии задержки.

Устройство статистической обработки предназначено для определения качественных характеристик обнаружения и вывода результатов на цифровой индикатор. С помощью переключателя "МЗО/ЦН" подается команда: работать либо с информацией от МЗО, либо с информацией от ЦН. В положении "МЗО" исследуются характеристики обнаружения одиночного импульса (Р_сш иР_ш) с помощью МЗО в одном канале по дальности, в положении "ЦН" исследуются характеристики обнаружения пачки некогерентных импульсов (DиF) с помощью цифрового накопителя типа "скользящее окно" "К₀изm" в одном элементе разрешения по дальности и угловым координатам. Включение источника электропитания осуществляется переключателемS1. Контроль включения установки производится по светодиодному индикатору.

8.2. Порядок выполнения лабораторного задания

1. Включить питание установки и приборов: осциллографа С1-65 и милливольтметра В3-48. Синхронизация осциллографа внешняя 1:10 "+" с разъема "Синхр." установки.

2. Исследовать работу специализированного процессора.

а) Поставить переключатель IIIв положениеI- выход АД. Проверить действие регулировок "Уровень шума" и "Уровень сигнала".

Наблюдать и зарисовать сигналы в контрольных точках устройства обнаружения при минимальном и максимальном уровне шума и максимальном уровне сигнала, переключая контрольные точки переключателем П 1 ( рис.7): КТ1 выход АД; КТ2выход МЗО; КТ3выход цифрового обнаружителя.

Рис.9. Рабочие характеристики спецпроцессора с модифицированным знаковым обнаружителем

б) Исследовать эффект подавления близкой слабой цели в МЗО. Поставить переключатель П 1 в положение КТ 1. Тумблером "Цель 2" включить вторую цель. Регулировкой уровня сигнала получить разные амплитуды отметок от целей. Цель 1 должна быть примерно вдвое меньше по амплитуде цели 2 (на экране осциллографа).

Поставить П 1 в положение 2, перемещая вторую цель регулировкой "Дальность цели 2" от максимально возможной дальности наблюдать эффект подавления более слабой цели. Определить по осциллографу минимальную разность задержек, при которой эффект подавления не наблюдается. Выключить вторую цель.

3. Определить зависимость вероятности ложной тревоги Р_шот_ш.

а) С помощью вольтметра В3-48 выставить уровень шума на выходе детектора 110 мВ. Амплитуду сигнала при этом сделать равной 0, поставить ручку "Уровень сигнала" в крайнее левое положение. Тумблер "МЗО/ЦН" поставить в положение "МЗО";

б) нажать кнопку "Сброс - пуск" и снять показания счетчика после того, как погаснет индикатор "счет";

в) по показаниям цифрового индикатора определить Р_ш=N_обн/10⁴;

г) сравнить полученные значения с расчетными данными;

д) повторить пункты а-г для нескольких (3-4) значений _ш;

е) построить зависимость Р_ш=Р_ш(_ш).

4. Определить вероятность ложной тревоги Fдля СП.

а) перевести переключатель "МЗО/ЦН " в положение "ЦН", а тумблер "F" - в положениеF;

б) установить максимальное значение уровня шума;

в) нажать кнопку "Сброс - пуск" и снять показания счетчика после того, как погаснет индикатор "счет";

г) по показаниям цифрового индикатора определить F=N_обн/10⁴;

д) сравнить полученные результаты с расчетом на ЭВМ.

5. Определение качественных характеристик обнаружения одиночного импульса Р_сши пачки некогерентных импульсовD.

а) Установить максимальный уровень шума и измерить его значение прибором В3-48;

б) выключить шум тумблером "Шум";

в) установить некоторый уровень сигнала, измерить по сетке осциллографа его уровень и определить текущее соотношение "сигнал/шум" q=А_с/_ш;

г) включить шум тумблером "Шум";

д) включить режим "МЗО", нажать кнопку "Сброс - пуск", снять показания счетчика, определить Р_сш=N_обн/10⁴;

е) включить режим "ЦН", нажать кнопку "Сброс - пуск", снять показания счетчика, определить D=N_обн/10³;

ж) повторить пункты (б-е), меняя амплитуду сигнала;

з) по результатам измерений построить графики Р_сш(q) иD(q), сравнить их с расчетными.

6. Показать экспериментальные результаты преподавателю.

9. Обработка экспериментальных результатов.

1) Построение доверительных интервалов для вероятностейР_ш,Р_сш,D,F. Границы доверительных интервалов определяются из выражений:

где р_1,2- границы достоверной оценки соответствующей вероятности,

р^- экспериментальная оценка соответствующей вероятности,N- число испытаний,- параметр, определяемый доверительной вероятностьюР_дов[1]. ПриР_дов = 0,9= 1,65.Оценка границ доверительного интервала по приведенной формуле справедлива при условии

2) Построение доверительного интервала оценки центра пачки и дисперсии оценки центра пачки. Доверительный интервал среднеквадратичного отклонения оценки центра пачки определяется из соотношения

где _/_эл- опытная оценка относительного СКО угла, а_- параметр, определяемый по графику рис.8.3. [1] дляN=N_испиР_дов=0.9.

Доверительный интервал оценки центра пачки определяется из соотношения

где /_эл- опытная оценка относительного математического ожидания угла, а_- параметр, определяемый из графика рис.8.2. [1] дляN=N_испиР_дов=0.8.

Нанести на графики границы доверительных интервалов.