 |
 |
 |
 |
3.8. Флуктуации сигнала
Флуктуации сигнала, которые обычно рассматривают как мультиплщсативную помеху, можно разбить на три следующие группы:
1. Быстрые флуктуации мгновенного уровня сигнала, которые называют замираниями. Замирания обычно связаны с условиями многолучевого распространения. Они, как правило, являются некоррелированными в разных точках приема; в одной точке сигнал может иметь в данный момент малый уровень, а в некоторых других точках, удаленных на десятки или сотни длин волн, значительно больший уровень. Сигналы, достаточно далеко разнесенные по частоте, также являются некоррелированными. Эти обстоятельства позволяют для уменьшения колебаний уровня сигнала использовать разнесенный прием.
Рассмотренные флуктуации называют быстрыми с тем, чтобы отличить их от других, более медленных. В то же время, хотя скорость флуктуации огибающей сравнительно высокая, она существенно меньше скорости изменения несущей сигнала.
2. Медленные флуктуации уровня сигнала относительно его медианного значения. Эти изменения одинаковым образом влияют на передаваемые сигналы в точках приема, удаленных друг от друга на расстояния в сотни длин волн. Если разбить интервал наблюдения на равные отрезки Ti так, чтобы в пределах каждого отрезка сохранялся примерно постоянный уровень, то длина этих otpesKOB в масштабе времени обычно будет от нескольких минут до нескольких часов. Изменения среднего уровня сигналов здесь определятся изменениями затухания на трассе прохождения сигналов, например изменениями условий поглощения в нижних слоях ионосферы.
3. Очень медленные флуктуации сигналов за счет суточных и сезонных изменений в условиях распространения радиоволн. Они имеют важное значение при проектировании радиосистем, однако при рассмотрении работы обнаружителей в течение некоторого ограЬиченного интервала времени с очень медленными флуктуациями можно не считаться. Поэтому в дальнейшем будут рассматриваться только медленные и быстрые флуктуации сигналов.
Глава 4.
ПРОХОЖДЕНИЕ СИГНАЛОВ И ПОМЕХ ЧЕРЕЗ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИЕМНОГО ТРАКТА
4.1. Предварительные замечания
Для последующего рассмотрения удобно полный приемный тракт, обеспечивающий предварительное усиление, частотную селекцию и обработку сигналов, представить в виде структурной схемы, приведенной на рис. 4.1. Линейная часть приемного тракта включает в себя элементы от входных зажимов приемника до выхода усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Устройство обработки сигналов содержит комбинацию линейных и нелинейных элементов в том или ином сочетании в зависимости от структуры сигнала и помех, а также выбранных критериев оптимизации.
При прохождении сигналов и помех через приемный тракт их характеристики подвергаются изменениям. Существенными с точки зрения теории выделения сигналов из помех являются изменения, которые происходят в величине отношения сигнала к помехе, а также в законах распределения сигналов и помех. Законы распределения помех и отношение сигнала к помехе на входе тракта обработки сигналов для рассматриваемых случаев считаются известными.
Обнаружение сигналов на фоне помех в информационных импульсных радиосистемах (радионавигация, радиолокация, рацио-телеметрия и др.) обычно происходит в таких условиях, когда уровень единичного сигнала значительно меньше уровня действующих помех. Только благодаря накоплению периодически поступающих сигналов и их специальной обработке удается обеспечить превышение сигналов над помехами на входе решающего устройства, достаточное для извлечения из них необходимой информации. Решение этой задачи требует соответствующего построения приемного тракта.
4.2. Структура трактов обработки сигналов
Оптимальный выбор элементов, входящих в тракт обработки сигналов, зависит как от характера действующих помех, так и от характера сигнала. Применительно к помехам будут рассмотрены случаи гауссовских и негауссовских помех, а применительно к
Линейные элементы приемника | Устройстда обработки сигналов | Решающее устройство | ||
Рис. 4.1. Структурная схема приемного тракта
сигналам - случаи когерентных, некогерентных и частично когерентных сигналов. При этом предполагается, что сигналы представляют собой импульсные последовательности.
Гауссовская помеха при когерентных сигналах. При когерентных сигналах оптимальная структура обнаружителя при помехе неизвестной интенсивности достигается при использовании схемы обработки сигналов, представленной на рис. 4.2 [9]. Согласно этой схеме в прямой тракт прохождения сигналов и помех входят: устройство внутрипериодной обработки (ВПО), устройство межпериодной обработки (МПО), нелинейный элемент (НЭ) и некогерентный накопитель (НН). К схеме регулировки уровня порога решающего устройства (РУ) относятся устройство оценки интенсивности помехи (ОИП) и умножитель (X) на некоторую константу С.
Остановимся на функциях, выполняемых каждым из этих элементов прямого тракта прохождения сигналов и помех.
Устройство внутрипериодной обработки. При импульсной работе приходящие сигналы представляют собой последовательность импульсов, следующих друг за другом с некоторым периодом Т. Внутриимпульсная обработка в пределах одного периода является обработкой единичного импульса. Целью обработки сигналов может быть либо получение максимального отношения сигнала к помехе, либо обеспечение минимума среднеквадратической ошибки. Последнее существенно для некоторых систем автоматического регулирования и управления. В настоящей главе рассматриваются случаи, относящиеся к получению максимума отношения сигнал-помеха.
Внутрипериодную обработку можно осуществлять различным образом. Одним из наиболее широко распространенных способов подобной обработки является применение оптимальных фильтров [36]. При заданной форме сигнала и интенсивности шума применение оптимальных фильтров (ОФ) обеспечивает получение максимально возможного отношения сигнала к помехе. Если характеристики фильтра подобраны оптимальными для воздействующих на его вход сигнала и помех, то напряжение сигнала обрабатывается ОФ таким образом, чтобы путем накопления и сложениях всех его составляющих получить максимальный относительно помех пиковый выброс сигнала на выходе фильтра.
Внутрипериодная обработка с помощью ОФ обеспечивает оптимальную корреляционную обработку сигнала, которая может осуществляться не только с помощью ОФ, но и с применением
Рис. 4 2. Структурная схема тракта обработки когерентных сигналов при гауссовской помехе
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95