98709

Проектирование системы обнаружения многопозиционного сигнала Баркера

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Далее высокочастотный сигнал поступает в радиоканал 3, содержащий передающую и приемную антенны и среду распространения радиоволн, в которой действуют различные источники как естественных, так и индустриальных радиопомех. Из приемной антенны ВЧ-сигнал поступает в усилитель высокой частоты (УВЧ) и демодулятор 4.

Русский

2015-11-06

396.39 KB

22 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

(СГАУ)
Институт электроники и приборостроения
Кафедра Радиотехники



ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе на тему

«Проектирование системы обнаружения многопозиционного сигнала Баркера»

                                                                 

Выполнил:
Проверил: Бочкарёв В.А.

Самара 2015


ЗАДАНИЕ

Разработать систему обнаружения сигнала Баркера.

Исходные данные:

Число позиций кода Баркера: N=11

Код Баркера: 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1

Длительность одной позиции:

Амплитуда несущего колебания:

Вид модуляции: ЧМн

Несущая частота:

Разнос частот:

Тип решающего устройства: Триггер Шмитта

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка 22 с, 24 рисунка, 1 источник.

СИГНАЛ БАРКЕРА, МОДУЛЯТОР, КАНАЛ СВЯЗИ С ШУМОМ, УСИЛИТЕЛЬ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ, ДЕМОДУЛЯТОР, СОГЛАСОВАННЫЙ ФИЛЬТР, РЕШАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, АВТОКОРРЕЛЯЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛАПЛАСА, ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ, CAPTURE, PSPICE.

Цель работы - приобретение первого опыта самостоятельной разработки радиотехнической системы с помощью пакета OrCAD на примере системы обнаружения многопозиционного сигнала на фоне гауссовского шума.

СОДЕРЖАНИЕ

Задание…………………………………………………………………….2

Реферат…………………………………………………………………….3

Введение…………………………………………………………………...5

1 Анализ многопозиционного сигнала…………………..........................7

2 Формирование модулированного колебания………………………...11

3 Моделирование шумового воздействия на передаваемый сигнал………………………………………………………………..……13

4 Детектирование модулированного колебания………........................15

5 Проектирование и анализ согласованного фильтра............................17

6 Проектирование и анализ решающего устройства….........................20

                             Заключение………………………………………………………………21

Список использованных источников…………………………………..22

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая курсовая работа завершает изучение дисциплины «Основы компьютерного проектирования и моделирования РЭС». Цель проектирования – приобретение первого опыта самостоятельной разработки радиотехнической системы с помощью пакета программ OrCAD на примере системы обнаружения многопозиционного сигнала на фоне гауссовского шума (рисунок 1):

Рисунок 1 - Принципиальная схема обнаружителя радиосигналов

1  ̶  Генератор многопозиционного кода Баркера

2  ̶  Модулятор

3  ̶  Канал связи с шумом

4  ̶  УВЧ и демодулятор

5  ̶  Согласованный фильтр

6  ̶  Решающее устройство

Генератор сигнала 1 формирует n-позиционный сигнал (код Баркера и т.п.), который поступает на вход модулятора 2, где осуществляется манипуляция несущей по частоте (ЧМн). Далее высокочастотный сигнал поступает в радиоканал 3, содержащий передающую и приемную антенны и среду распространения радиоволн, в которой действуют различные источники как естественных, так и индустриальных радиопомех. Из приемной антенны ВЧ-сигнал поступает в усилитель высокой частоты (УВЧ) и демодулятор 4. Согласованный фильтр (СФ) 5 обеспечивает подавление шума (максимизирует отношение сигнал/шум в момент окончания входного сигнала). Решающее устройство 6 срабатывает при превышении заданного порогового уровня Uпор сигналом с выхода СФ и формирует короткий прямоугольный импульс. Наличие этого импульса ("1") на выходе решающего устройства (РУ) свидетельствует об обнаружении сигнала.

1 АНАЛИЗ МНОГОПОЗИЦИОННОГО СИГНАЛА

Построим сигнал Баркера в пакете Mathcad 15, используя исходные данные и покажем его на рисунке 2:

Рисунок 2 – 11-ти позиционный сигнал Баркера

Построим график автокорреляционной функции в пакете Excel:

Рисунок 3 – График автокорреляционной функции 11-ти позиционного сигнала Баркера

Окончательное выражение преобразования Лапласа U(s) для 11-типозиционного сигнала Баркера имеет вид:

Принципиальная схема генератора сигнала Баркера представлена на рисунке 6:

Рисунок 4 – Принципиальная схема генератора сигнала Баркера

Представим результаты моделирования в программе OrCAD-PSpice на рисунках ниже:

Рисунок 5 – Формирование 11-типозиционного сигнала Баркера

Рисунок 6 – 11-типозиционный сигнал Баркера и его спектр

2 ФОРМИРОВАНИЕ МОДУЛИРОВАННОГО КОЛЕБАНИЯ

Для передачи многопозиционных сигналов по радиоканалу используются дискретные виды модуляции, когда амплитуда, фаза или частота высокочастотной синусоидальной несущей меняется скачком под воздействием модулирующего сигнала u(t), т.е. имеют место, соответственно, амплитудная манипуляция (АМн), фазовая манипуляция (ФМн) и частотная манипуляция (ЧМн).

Наиболее распространённая схема частотного манипулятора, приведённая на рисунке 7, содержит два независимых генератора несущих колебаний ГН1 и ГН2 с амплитудой 10 В и частотами и  соответственно. В схему также входят управляемые ключи УК1 и генератор сигнала Баркера ГСБ (модулирующее колебание u(t)) и суммирующее сопротивление. Под управлением модулирующего сигнала u(t) на выход схемы попеременно поступают синусоидальные колебания  (при u(t)≥1 В) и   (при u(t)< -1В). Так формируется ЧМн-колебание

Рисунок 7 – Принципиальная схема частотного манипулятора

Представим результаты моделирования в программе OrCAD-PSpice на рисунках ниже:

Рисунок 8 - Напряжения в модуляторе (ГНЧ1, ГНЧ2, входное и выходное).

Рисунок 9 -  Спектры напряжений в модуляторе (входное, ГНЧ1, ГНЧ2, выходное).

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ШУМОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА  ПЕРЕДАВАЕМЫЙ СИГНАЛ

При прохождении сигнала в среде распространения на него накладываются случайные шумы. В результате обнаружение факта присутствия полезного сигнала по наблюдаемой на входе приемной части смеси сигнал-шум затруднено.

Входное, выходное напряжения и напряжение помех в схеме имитатора канала с шумом, а также их спектры показаны на рисунках 11 и 12 соответственно. 

Шум, действующий в канале связи, обычно распределен по закону Гаусса (нормальному закону). Кроме того, ширина спектральной области, занимаемая шумом, значительно превосхо-дит ширину спектра полезного сигнала. С учетом этих факторов сигнал на выходе имитатора канала связи с шумом Chanl представим в следующем виде

где (t) –сигнал с выхода модулятора,

n(t) –высокочастотный нормальный случайный процесс (шум).

Шумовой процесс n(t), в свою очередь, можно разложить на сумму двух высокочастотных составляющих

Здесь и низкочастотные некоррелированные нормальные случайные процессы,

– центральная частота спектра шума n(t).

Таким образом, формирование смеси x(t) полезного сигнала и шума можно реализовать с помощью следующей схемы, спроектированной в OrCAD Capture в блоке Channel, показанной на рисунке 10:

Рисунок 10 – Принципиальная схема имитатора канала связи с шумом

Рисунок 11 -  Временные диаграммы имитатора канала с шумом

Рисунок 12 - Спектры указанных напряжений в имитаторе канала с шумом

4 ДЕТЕКТИРОВАНИЕ МОДУЛИРОВАННОГО КОЛЕБАНИЯ

ЧМн-демодулятор показанный на рисунке 10 содержит два полосовых фильтра ПФ1 и ПФ2, настроенных на частоты манипуляции F1=f0 и F2=f0+DF, соответственно; две нелинейные цепи НЦ1 и НЦ2, вычитающее устройство ВУ и фильтр нижних частот ФНЧ.

Фактически данная схема представляет собой параллельное включение двух амплитудных детекторов с вычитанием их выходных сигналов.

Рисунок 13 - Структурная схема демодулятора

Точная настройка полосовых фильтров производится с помощью приложения  PSpice Advanced Analysis по методу наискорейшего спуска. Целью этого метода является нахождение минимального значения целевой функции, нахождение производиться с помощью вычисления градиента в направлении максимального убывания функции. Достигая минимума, вычисляется другой градиент в аналогичном направлении, и ортогонально предыдущему. Расчет оканчивается, когда вычисляется значение, равное некоторой положительной константе, заданной из условия.
АЧХ полосового фильтра после настройки показана на рисунке 14:

Рисунок 14 - АЧХ полосового фильтра после настройки

Принципиальная схема демодулятора  представлена на рисунке 15:

Рисунок 15 – Принципиальная схема демодулятора

Временные диаграммы напряжений на выходах ПФ1, ПФ2, ВУ и ФНЧ, а также их спектры представлены на рисунках 16 и 17 соответственно:

Рисунок 16 - Напряжения в демодуляторе (ПФ1, ПФ2, ВУ, ФНЧ)

Рисунок 17 - Спектры напряжений на выходах ПФ1, ПФ2, ВУ и ФНЧ

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ СОГЛАСОВАННОГО ФИЛЬТРА

Согласованный (оптимальный) фильтр максимизирует отношение сигнал/шум на своём выходе. Структура СФ в общем случае определяется сигналом Баркера u(t) и вероятностными характеристиками шума n(t). Так, если на входе СФ действует аддитивная смесь: x(t)=u(t)+n(t), t[0,T], где n(t) - гауссовский белый шум, то комплексный коэффициент передачи G(jω) и импульсная характеристика g(t) фильтра имеют вид:

G(jω)=kU*(jω)е(-jωt0) 

g(t)=ku(t0-t)

Здесь U*(jω) - комплексно-сопряженная спектральная плотность сигнала u(t);

k -коэффициент усиления СФ, задаваемый произвольно;

t0 -временная задержка фильтра, определяемая из условия физической реализуемости:

g(t)=0, t<0

Последнее условие означает, что отклик фильтра на произвольное входное воздействие не может появиться раньше этого воздействия. Обычно выбирают t0=Т=Nτ - длительность сигнала u(t). Рассмотрим некоторые свойства CФ.

В общем виде структурная схема согласованного фильтра представлена на рисунке 18:

Рисунок 18 - Структурная схема СФ

Принципиальная схема согласованного фильтра представлена на рисунке 19:

Рисунок 19 – Принципиальная схема согласованного фильтра

Временные диаграммы и спектры напряжений на входе и выходе согласованного фильтра представлены на рисунках 20 и 21 соответственно:

Рисунок 20 -  Выходное и входное напряжения в согласованном

фильтре

Рисунок 21 - Спектр напряжений в согласованном фильтре (входное,  выходное)

Входной и выходной сигналы согласованного фильтра в тестовом режиме представлены на рисунке 22:

Рисунок 22 – Выходной и входной сигнал согласованного фильтра в тестовом режиме

6 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ РЕШАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Решающее устройство, схема которого приведена на рисунке 23, предназначено для формирования импульса прямоугольной формы в момент, когда напряжение с выхода СФ превысит порог срабатывания компаратора. Факт наличия прямоугольного импульса на выходе РУ свидетельствует об обнаружении сигнала. Временные диаграммы и гистерезисная зависимость выходного напряжения от входного приведены на рисунке 24.

Рисунок 23 – Принципиальная схема решающего устройства

Рисунок 24 – временные диаграммы на входе и выходе РУ, а также гистерезисная зависимость выходного напряжения от входного

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной курсовой работы я приобрел опыт в самостоятельной разработке радиотехнической системы в пакете программы Orcad Capture на примере системы обнаружения многопозиционного сигнала Баркера на фоне гауссовского шума. Научился создавать блочную структуру проектирования, проводить анализ схем с помощью Pspice, производить оптимизацию параметров.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1) Бочкарев В.А. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Основы компьютерного проектирования и моделирования РЭС», СГАУ, 2015.- 32с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25312. Рефлекс. Рефлекторный процесс 63.5 KB
  У животных обладающих нервной системой развился особый тип реакций рефлексы. Рефлексы это реакции организма происходящие при обязательном участии нервной системы в ответ на раздражение воспринимающих нервных окончаний рецепторов. Павлова делят на две большие группы: на рефлексы безусловные и условные. Безусловные рефлексы это врожденные наследственно передающиеся реакции организма.
25313. Свойства нервных центров 39 KB
  Проведение волны возбуждения от одного нейрона к другому через синапс происходит в большинстве нервных клеток химическим путем с помощью медиатора а медиатор содержится лишь в пресинаптической части синапса и отсутствует в постсинаптической мембране. В связи с этим поток нервных импульсов в рефлекторной дуге имеет определенное направление от афферентных нейронов к вставочным и затем к эфферентным мотонейронам или вегетативным нейронам. Суммация возбуждения В ответ на одиночную афферентную волну идущую от рецепторов к нейронам в...
25314. Торможение в центральной нервной системе 28.5 KB
  Сеченовым опыт: у лягушки делали разрез головного мозга на уровне зрительных бугров и удаляли большие полушария после этого измеряли время рефлекса отдергивания задних лапок при погружении их в раствор серной кислоты.раздражение на эту область мозга то время рефлекса резко удлиняется. На основании этого он пришел к заключению что в таламической области мозга у лягушки существуют нервные центры оказывающие тормозяшие влияния на спинномозговые рефлексы. мозга наряду с возбуждающими нейронами существуют и тормозящие аксоны кот.
25315. Строение мышечного волокна 32 KB
  В состав волокна входят его оболочка сарколемма жидкое содержимое саркоплазма ядро митохондрии рибосомы сократительные элементы миофибриллы а также замкнутая система продольных трубочек и цистерн расположенных вдоль миофибрилл и содержащих ионы Са2 саркоплазматический ретикулум. Поверхностная мембрана клетки через равные промежутки образует поперечные трубочки входящие внутрь мышечного волокна по которым внутрь клетки проникает потенциал действия при ее возбуждении. Миофибриллы тонкие волокна содержащие 2 вида...
25316. Физиология спинного мозга 30 KB
  В составе серого вещества спинного мозга человека насчитывают около 13. Из них основную массу 97 представляют промежуточные клетки вставочные или интернейроны которые обеспечивают сложные процессы координации внутри спинного мозга. Среди мотонейронов спинного мозга выделяют крупные альфамотонейроны имелкие гаммамотонейроны.
25317. Значение промежуточного мозга 33 KB
  Она формирует положительные и отрицательные эмоции со всеми двигательными вегетативными и гормональными их компонентами. Электрические раздражения различных участков лимбической системы через вживленные электроды выявили наличие центров удовольствия формирующих положительные эмоции и неудовольствия формирующих отрицательные эмоции. ФИЗИОЛОГИЯ ЭМОЦИЙ Эмоции это выражение реакции возбуждения от фр. Если этой мобилизации оказывается недостаточно для отражения опасности или удовлетворения внутренней потребности вспыхивают стенические...
25318. Ретикулярная формация ствола мозга 40 KB
  Дейтерс впервые описавший ее строение во второй половине прошлого столетия назвал ее сетчатой или ретикулярной формацией. Близкие по структуре к ретикулярной формации ядра имеются и в таламусе; нервные волокна идущие от них к коре образуют так называемые неспецифические пути. Физиологическое значение ретикулярной формации было выявлено в сравнительно недавнее время путем исследования изменений электрической активности больших полушарий и спинного мозга в опытах с точно локализованным разрушением или раздражением разных участков...
25319. Мозжечок 56.5 KB
  Полушария мозжечка делят па переднюю долю и заднюю долю; последнюю разделяют еще на две части. Филогенетически наиболее молодым образованием мозжечка является передняя часть задней доли новый мозжечок; она достигает максимального развития у человека и высших обезьян. Верхняя поверхность полушарий мозжечка состоит из серого вещества толщиной от 1 до 25 мм называемого корой мозжечка. В белом веществе мозжечка составляющем основную его массу находятся скопления серого вещества ядра мозжечка.
25320. Промежуточный мозг и подкорковые ядра 54 KB
  Функционально все ядра таламуса делят на две большие группы специфические и неспецифические. Специфические ядра таламуса имеют прямые связи с определенными участками коры больших полушарий. Неспецифические же ядра в большинстве случаев передают сигналы в подкорковые ядра от которых импульсы поступают одновременно в разные отделы коры.