Анализ детерминированных сигналов, применяемых в системах радиолокации

Скачать

Расчет временных и спектральных моделей сигналов с нелинейной модуляцией, применяемых в радиолокации и радионавигации. Анализ корреляционных и спектральных характеристик детерминированных сигналов (автокорреляционных функций, энергетических спектров).

Размер: 1,6 M
Тип: курсовая работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Теоретические основы радиосистем. Радиосвязь, радиолокация, радионавигация
От издателя Даются общие сведения о системах радиосвязи, радиолокации и радионавигации, рассматриваются специфические свойства каналов радиос...

Методы слепой обработки сигналов и их приложения в системах радиотехники и связи
Книга посвящена новому направлению цифровой обработки сигналов, известному как «слепая обработка сигналов». Методы и алгоритмы слепой обработки сигнал...

Основы радиолокации и радиолокационные устройства
Книга является учебником для техникумов по курсу "Основы радиолокации и радиолокационные устройства". В ней изложены принципы радиолокации. Большое вн...

Цифровая обработка сигналов и сигнальные процессоры в системах подвижной радиосвязи
В учебнике излагаются основы теории цифровой обработки сигналов и вопросы ее применения. Рассмотрены методы анализа дискретных цепей при детерминиро...

Телекоммуникационные транспортные системы и сети
Логарифмические параметры сигналов и каналов электросвязи.Каналы двустороннего действия.Линейное разделение сигналов.Мультиплексирование и демультипле...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Тема курсовой работы связана с анализом детерминированных сигналов, применяемых в системах радиолокации.

Целями работы являются:

- изучение временных и спектральных характеристик радиосигналов, применяемых в радиолокации, радионавигации, радио телеметрии и смежных областях;

- приобрести навыки расчетов временных и спектральных моделей сигналов с нелинейной модуляцией;

- приобретение навыков по расчету и анализу корреляционных и спектральных характеристик детерминированных сигналов (автокорреляционных функций, энергетических спектров).

Задача:

Стационарная автономная радиолокационная станция посылает в сторону движущейся навстречу ей цели радиоимпульсы. Радиоимпульс имеет линейную частотную модуляцию, причем частота изменяется пропорционально амплитуде огибающей. Начальная частота радио заполнения равна 40 МГц, скорость движения цели - 600 км/ч, расстояние от станции до цели в момент пуска импульса 200 км. Цель движется в атмосфере. После отражения электромагнитного импульса от цели он возвращается на приемную антенну станции. Данная радиолокационная станция осуществляет обработку принятых сигналов цифровыми методами, предварительно дискретизируя и квантуя сигнал.

1. Теоретическая часть

Из источника [1,2,4], радиолокация - это обнаружение и распознание объектов с помощью радиоволн, а также определение их местоположения и параметров движения в пространстве. Объект радиолокации называется радиолокационными целями или просто целями. В радиолокации обычно используются отраженные от цели сигналы или сигналы, излучаемые самой целью и радиоустройствами, установленными на ней.

Радиотехнические системы и устройства, решающие задачи радиолокации, называются радиолокационными системами (РЛС) и устройствами (РЛУ), радиолокационными станциями и радиолокаторами или радарами.

Физической основой радиолокации является рассеяние радиоволн объектами, отличающимися своими электрическими характеристиками (электрической проницаемостью, диэлектрической проницаемостью и электропроводностью) от соответствующих характеристик окружающей среды при их облучении.

Интенсивность рассеяния или отражения радиоволн зависит от степени отличия электрических характеристик объекта и среды, от формы объекта, от соотношения его размеров и длины волны и от поляризации радиоволн.

С помощью приемной антенны и приемного устройства можно принять часть рассеянного сигнала, преобразовать и усилить его для последующего обнаружения. Таким образом, простейшая РЛС может состоять из передатчика, формирующего и генерирующего радиосигналы, передающей антенны, излучающей эти радиосигналы, приемной антенны, принимающей отраженные сигналы, радиоприемника, усиливающего и преобразующего сигналы и выходного устройства, обнаруживающего отраженные сигналы при малой амплитуде (мощности) принимаемого сигнала, а сам сигнал имеет случайный характер. Малая мощность сигнала объясняется большим расстоянием до объекта и поглощением энергии сигнала при его распределении. Кроме того, на интенсивность отраженного сигнала существенно влияют размеры целей. Случайный характер сигнала является следствием флуктуации отраженного сигнала за счет: случайного перемещения элементов целей сложной формы при отражении радиоволн; многолучевого распределения радиоволн; хаотических изменений амплитуды сигнала при распространении и ряда других факторов. В результате принимаемый сигнал по виду, интенсивности и характеру изменения похож на шумы и помехи.

Реальная среда не является однородной и обладает определенным коэффициентом преломления n. Неоднородность среды, в которой распространяются радиоволны, приводит к тому, что скорость их распространения в реальных условиях не остается постоянной, а траектория радиоволн не совпадает с кратчайшим расстоянием между точками излучения и приема колебаний. Поэтому в точных РЛУ необходим учет влияния среды распространения на точность определения параметров цели. В приближенных расчетах влиянием n часто пренебрегают и считают V=c.

Дальность до цели в РЛС измеряют по времени запаздывания принятого сигнала относительно известного времени его излучения. Например, в РЛС время запаздывания отраженного сигнала относительно излучаемого

, (1)

где R - дальность до цели; c - скорость распространения радиоволн.

Скорость объекта обычно определяют по доплеровскому сдвигу несущей частоты сигнала . В радиолокационных измерителях скорости, например, доплеровский сдвиг частоты FД связан со скоростью движения объекта Vr соотношением

(2)

где л0 - длина волны излучаемого сигнала; Vr - скорость относительного движения цели.

Важным свойством радиоволн является постоянство скорости распространения в однородной среде. Скорость распространения радиоволн в вакууме составляет порядка 300 000 км / с. B пространстве, заполненном веществом, скорость распространения электромагнитных колебаний определяется относительными диэлектрической проницаемостью е и магнитной проницаемостью м вещества:

, (3)

спектральный модуляция детерминированный сигнал

где V - скорость распространения сигнала в однородной среде, c - скорость распространения сигнала в вакууме.

Если сигнал проходит через несколько сред с различными ярко выраженными электромагнитными свойствами, то скорость прохождения высчитывается для различных сред по отдельности и, при необходимости, рассчитывается средняя скорость на всем пути.

Следует понимать, что в природе не существует полностью однородных сред и, следовательно, формула (2) представляет собой лишь среднюю оценку скорости распространения радиоволны при учете некоторых допущений. Именно по этому, в задачах, решаемых на практике, важно знать значения как можно большего числа параметров, влияющих на распространение электромагнитного излучения.

Одним из часто используемых приемов для аналитического представления сложных по структуре и форме сигнала является его замена набором математических моделей, описываемых элементарными функциями. Таким образом, можно свести единую, трудно поддающуюся математическому описанию, функцию к более удобным в обращении рядам Фурье, представленных в виде гармонических тригонометрических функций, которые в сумме дают исходную функцию. Фурье показал, что любую сложную функцию можно представить в виде конечной или бесконечной суммы ряда кратных гармонических колебаний с определенными амплитудами, частотами и начальными фазами.

Разложение сигнала по ортонормированному базису в системе гармонических (косинусоидальных и синусоидальных) функций в радиотехнике осуществляется чаще всего. Это обусловлено тем, что:

1. Гармонические сигналы инвариантны относительно преобразований, осуществляемых стационарными линейными электрическими цепями. Если такая цепь возбуждена источником гармонических колебаний, то сигнал на выходе цепи, отличаясь от входного сигнала лишь амплитудой и начальной фазой, остается гармоническим с той же частотой.

2. Устройства генерации гармонических сигналов просты в реализации.

Если какой-либо сигнал представлен в виде суммы гармонических колебаний с различными частотами, то говорят, что осуществлено спектральное разложение этого сигнала. Отдельные гармонические компоненты сигнала образуют его спектр.

В источнике [2,4], основное утверждение теории рядов Фурье заключается в следующем: любая функция, определенная на интервале от - р до + р, может быть представлена в виде тригонометрического ряда:

,

здесь и - постоянные значения. Уравнение (4) представляет собой разложение функции в ряд Фурье.

С помощью и можно найти:

, (5)

. (6)

Чтобы функцию можно было представить рядом (4), необходимо сначала определить значения коэффициентов a и b. Это делается следующим образом:

1) Чтобы найти а0 проинтегрируем выражение (4) по х на интервале от - р до + р:

2) Для нахождения an , умножим (4) на cos(nx) и проинтегрируем по х на интервале от - р до + р:

3) Чтобы найти bn умножим (4) на sin(nx) и проинтегрируем по х на интервале от - р до + р:

Формулы (7), (8) и (9) дают значения коэффициентов Фурье.

Метод рядов Фурье допускает определенное обобщение, позволяющее получать спектральные характеристики и непериодических сигналов. Среди них для радиотехники интерес представляют импульсные (одиночные) сигналы. Преобразование Фурье является инструментом спектрального анализа непериодических (импульсных) сигналов (их еще называют сигналами конечной длительности, или финитными, т. е. пространственно ограниченными). Такие сигналы отличны от нуля только на ограниченном промежутке времени; иногда говорят, что сигнал существует на конечном временном интервале. Очевидно, что сигнал конечной длительности будет иметь и конечную энергию - если только он, в математическом представлении, не содержит разрывов второго рода (с уходящими в бесконечность ветвями функции).

Для иллюстрации перехода от ряда к интегральному преобразованию Фурье применяют не вполне строгий математически, но зато понятный аналитический подход. В теории спектрального представления непериодических импульсных сигналов используют искусственный прием, мысленно (формально) заменяя одиночные сигналы периодическими с бесконечно больш...