Указания по выполнению лабораторной работы

Цель работы:

Исследование автокорреляционных (АКФ) и взаимнокорреляционных функций (ВКФ) сигналов и помех

Содержание работы

• ознакомление с макетом и методом экспериментального определения АКФ и ВКФ случайных и детерминированных процессов;

• получение АКФ синусоидального сигнала и использование её для калибровки линии задержки;

• АКФ флюктуационных процессов с различной шириной энергетического спектра. Определение ширины спектра по АКФ;

• АКФ смеси синусоидального сигнала и шума. Определение отношения мощностей сигнал / шум при анализе АКФ;

• АКФ видеоимпульса. Определение длительности импульса по АКФ;

• АКФ радиоимпульса. Определение параметров импульса по АКФ;

• ВКФ видеоимпульсов;

• ВКФ радиоимпульсов;

• ВКФ процессов, образованных смесью сигнала и шума.

Описание лабораторной установки.

В лабораторную установку входят коррелометр, имитатор сигналов и шума, источник питания и контрольные осциллографы. Функциональная схема установки показана на рис. 6.

Рис. 6.Функциональная схема лабораторной установки.

Описание коррелометра.

В состав коррелометра входит линия переменной задержки, умножитель, интегратор и индикатор. Линия задержки выполнена из LC– звеньев, имеет полосу пропусканияf= 2 Мгц, число отводовn= 45. В качестве интегратора используетсяRC- цепь с постоянной времени_инт= 2сек. Индикатором служит стрелочный прибор М24, на входе которого имеется усилитель постоянного тока.

Конструктивно коррелятор выполнен в трёх блоках: «перемножитель» (состоит из входных согласующих каскадов, умножителя и интегратора ), «индикатор» и «линия задержки».

Чтобы снять автокорреляционную функцию случайного процесса, надо подать его одновременно на оба входа коррелометра («вход 1» и «вход 2» блока «перемножитель» ) и, перемещая щуп по отводам линии задержки, регистрировать показания индикатора.

Снятие функции корреляции нужно производить по возможности быстро. Каждую точку надо отсчитывать сразу же, как только стрелка прибора остановится в новом положении. Иногда она не устанавливается в точке, а колеблется в некотором диапазоне. В этом случае отсчитывается точка, находящаяся посередине между крайними положениями колеблющейся стрелки.

Чтобы уменьшить ошибки измерения корреляционной функции, нужно правильно выбрать предел измерений индикатора. В процессе снятия каждой кривой стрелка индикатора должна проходить почти всю шкалу. Для выполнения этого условия надо заранее представлять вид кривой и произвести «нормировку» шкалы индикатора по характерным точкам этой кривой.

При снятии взаимно корреляционной функции двух процессов один из них подаётся на «вход 1», а другой – «вход 2» коррелометра.

Функциональная схема установки

Лабораторная установка состоит из макета для исследований, источника питания и осциллографа с коммутацией его входов. Функциональная схема макета изображена на верхней панели макета. Макет содержит генератор шума, генератор непрерывного синусоидального сигнала, генератор импульсов (видео- и радио-), коррелятор и измерительный прибор. Генератор импульсных сигналов вырабатывает исходные импульсы и задержанные. Исходные видеоимпульсы используются также для синхронизации осциллографа при его работе в режиме с внешним запуском.

Коррелятор состоит из линии задержки, перемножителя и интегратора. Ненормированный выходной сигнал коррелятора подаётся на стрелочный измерительный прибор. Переменная задержка процесса, подаваемого на один из входов перемножителя, осуществляется перемещением щупа по отводам линии задержки.

Получив разрешение преподавателя, можно приступить к выполнению лабораторной работы в следующем порядке.

1. Порядок выполнения работы

1. Включение установки.

Установить на макете тумблеры Т3, Т5, Т6 в положение « ВЫКЛ », щуп линии задержки установить в правое гнездо «0». Включить тумблеры «СЕТЬ» на осциллографе С1-83 и блоке питания.

Установить на осциллографе:

• длительность развёртки 2 мкс ;

• синхронизация с внешним запуском “ 0,5 – 5 ” ;

• уровень “ ЖДУЩ ” ;

• усиление “V / дел” – 50мВ.

2. Снятие АКФ синусоидального сигнала. Калибровка линии задержки.

   1. Установить на макете:

• щуп линии задержки вынуть из гнезда « 0»;

• тумблеры Т3, Т5 - в положение « ВЫКЛ» ;

• тумблер Т6 - в положение « ВКЛ» ;

• тумблер Т7 - в положение « АКФ» ;

• ручку « Ампл. Sin» - в крайнее левое положение.

2. Потенциометром « Уст. 0» установить стрелку измерительного прибора на 0. Поместить щуп в гнездо «0» и ручкой «Ампл. Sin» установить стрелку измерительного прибора в районе 40 . . . 50 делений. Вытащить щуп из гнезда «0» и снова установить потенциометром «Уст. 0» стрелку измерительного прибора на 0. Повторять действия по п. 1.2.2. до тех пор, пока при помещённом в гнездо «0» щупе стрелка будет отклоняться на 40 . . . 50 делений, а при изъятом щупе будет находиться на нуле.

3. АКФ синусоидального сигнала.

Поместить щуп в гнездо « 0». Убедившись, что положение ручек регулировки и тумблеров соответствует установленным в п. 1.2.1, снять АКФ синусоидального сигнала, перемещая щуп по отводам линии задержки и записывая показания прибора в таблицу 1 (см. Приложение).

При исполнении отчёта отнормировать корреляционную функцию, учитывая, что Ri=Ai/ |Amax|. По полученным данным построить график функцииR(ti) =R(it), гдеi–номер отвода.

4. Калибровка линии задержки по времени.

Зная, что период автокорреляционной функции совпадает с периодом исходного периодического процесса, по таблице п. 3.2.3. определить задержку tодного звена линии и полную задержку линии.Частота синусоидального сигналаf – 1,5кГц. Объяснить полученные результаты.

2. АКФ шума.

1. Снять АКФ шума 1, для чего установить:

• тумблер Т1 - в положение 1;

• тумблеры Т3, Т6 - в положение « ВЫКЛ», Т5 - в положение «ВКЛ» ;

• тумблер Т7 - в положение « АКФ» ;

• щуп линии задержки - в районе 15-го – 20-го отвода (здесь шум уже не - коррелирован).

Ручкой « Уст. 0» установить 0 на индикаторе. Произвести начальную установку коррелометра, помещая щуп в одно из гнёзд линии задержки в районе 15-го – 20-го отвода для установки нуля на индикаторе, а затем в гнездо отвода «0» - для установки ручкой «Ампл. шума» показания прибора 40 – 50 делений.

Снять АКФ шума 1, следуя методике п. 1.2.3. Записать показания прибора в таблицу 1. Произвести (при исполнении отчёта) нормировку и построить график АКФ шума 1. По графику определить время корреляции ₀ шума 1. Определить ширину спектра шума 1.

2. Снять АКФ шума 2.

При снятии АКФ шума 2 следовать указаниям п. 1.3.1, предварительно установив тумблер Т1 в положение 2. Сравнить и объяснить результаты п.п. 1.3.1. и 1.3.2.

3. АКФ смеси синусоидального сигнала и шума.

Установить на макете :

• ручки « Ампл. Sin » и «Ампл. шума» - в крайнее левое положение;

• щуп линии задержки - в положение « 0» ;

• тумблеры Т5, Т6 - в положение « ВКЛ.» ;

• тумблер Т1 - в положение « 1» ;

• тумблер Т3 - в положение « ВЫКЛ. ».

По результатам измерений в п.п. 1.2.3. и 1.3.1. найти отвод линии задержки, на котором АКФ синусоидального сигнала наиболее близка к нулю, и, вместе с тем шум 1 уже не коррелирован. Установить « Ампл. шума» в крайнее правое положение. После этого ручками «Ампл. Sin» и «Уст. 0» произвести начальную установку коррелометра согласно п. 3.2.2. , причём нуль устанавливать при помещении щупа в гнездо, найденное в начале этого пункта.

Снять АКФ смеси, записывая показания в таблицу 1. Произвести нормировку, построить график. Сравнить полученную кривую с кривыми п. п. 1.2.3. и 1 .3. Учитывая свойство АКФ, определить отношение мощностей сигнал / шум, при котором снималась АКФ.

3. АКФ видеоимпульса.

1.5.1. На макете установить :

• щуп линии задержки в положение “ 0” ;

• тумблеры Т5, Т6 - в положение “ ВЫКЛ. ” ;

• тумблер Т3 - в положение “ ВКЛ. ” ;

• тумблеры Т2, Т4 - в положение “ 1” ;

• тумблер Т7 - в положение “ АКФ” ;

• ручку “ Ампл. “ - в крайнее правое положение.

Установить ручкой “ Уст. 0” стрелку прибора близко к цифре “ 0 ”, предварительно поместив щуп в гнездо в районе 15-го - 22-го отвода. При необходимости,произвести начальную установку коррелометра согласно п. 3.3.1.

2. Снять АКФ видеоимпульса, перемещая щуп по отводам линии задержки. Записать результаты измерений в таблицу 1. Произвести нормировку АКФ. Построить график и определить по АКФ длительность видеоимпульса.

3. Добиться устойчивой синхронизации осциллографа.Измерить длительность импульса по осциллографу и сравнить её с длительностью, определённой по АКФ.

5. ВКФ видеоимпульса.

Установить тумблер Т7 в положение “ ВКФ ”. Положение остальных тумблеров и ручек регулировки как в пункте 3.5.1.

- ручка “ Ампл. ” - в крайнем правом положении.

- ручка “ Ампл. ” - в крайнем правом положении .

Поместить щуп в гнездо отвода “0” линии задержки. Потенциометром “Уст.0”

добиться нулевого показания прибора. Перемещая щуп по отводам линии задержки, снять ВКФ. Результаты измерений записать в таблицу 1. Проанализировать, построить график ВКФ. Определить по графику время задержки.

5. АКФ радиоимпульса.

Установить на макете :

• тумблеры Т5, Т6 - в положение “ ВЫКЛ. ” ;

• тумблер Т3 - в положение “ ВКЛ. ” ;

• тумблеры Т2, Т4 - в положение “ 2” ;

• тумблер Т7 - в положение “ АКФ” ;

• щуп линии задержки - в гнездо отвода « 0» ;

• ручка “Ампл. ” и “Ампл. “ - в крайнее левое положение.

Установить ручкой “Ампл. “ максимальную величину радиоимпульса, при которой ещё не возникает его искажения (см. по экрану осциллографа). Ручкой “Уст. 0” установить стрелку прибора на “0 ”, при этом щуп должен находиться в гнезде в районе 15-го – 22-го отвода. При установке нуля соблюдать особую точность, т.к. измеряемые значения невелики. Снять АКФ радиоимпульса, перемещая щуп по отводам линии задержки. Результаты измерений записать в таблицу 1. Выполнить нормировку и построить график АКФ радиоимпульсов. Определить частоту несущей радиоимпульса.

5. ВКФ радиоимпульсов, один из которых получен путём задержки другого на время_з.

Установить Т7 в положение “ ВКФ”. Положение остальных тумблеров и ручек регулировки - как в пункте 3.7. Установить ручкой “Ампл. ” максимальную величину незадержанного радиоимпульса, при которой ещё не возникает его искажений. Произвести нормировку нуля коррелометра, при этом щуп должен находиться в гнезде “0 ”.

Перемещая щуп по отводам линии задержки, снять ВКФ радиоимпульсов. Результаты измерений записать в таблицу 1. Проанализировать, построить график ВКФ. Определить по графику время задержки.

Питание макета и приборов выключать только после проверки протокола измерений преподавателем или лаборантом.