автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Алгоритмы обработки и моделирование радиосистем со сложными сигналами второго порядка для повышения их эффективности

На правах рукописи

БЕЙКО Сергей Александрович

АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ РАДИОСИСТЕМ СО СЛОЖНЫМИ СИГНАЛАМИ ВТОРОГО ПОРЯДКА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Специальность: 05.12.04 — "Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

¡1 6 АВГ 2012

Таганрог 2012

005046657

Работа выполнена на кафедре радиоприемных устройств и телевидения Технологического института федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" в г. Таганроге Министерства образования и науки Российской Федерации.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Липок Виктор Игнатьевич

Рыжов Владимир Петрович

доктор физико-математических наук, профессор,

ТТИ ЮФУ, профессор кафедры ТОР

Сучков Петр Валентинович кандидат технических наук, доцент, ЮРГУЭС, доцент кафедры РЭС

ОАО 'Таганрогский научно-исследовательский инстшут связи" (ТНИИС) г. Таганрог

Защита диссертации состоится 20 сентября 2012 г. в 1420 в ауд. Д-406 на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 при Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" в Технологическом институте в г. Таганроге по адресу:

Дом 44, пер. Некрасовский, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, 347928.

С диссертацией можно ознакомится в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: д.148, ул. Пушкинская, г. Ростов-на-Дону.

Автореферат разослан 20 июля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.В. Савельев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Данная диссертационная работа посвящена исследованию эффективности применения сложных сигналов (СС) второго порядка (ССВП) в радиотехнических системах обработки информации с учетом влияния ограничений, накладываемых параметрами используемых в них узлов и устройств путем разработки методов моделирования, учитывающих особенности ССВП.

Большой вклад в развитее теории и техники формирования, генерирования, приема и обработки ССПП внесли Ville J., Woodward P.M., Gabor D., Benjamin R., Cook C.E., Bernfeld M., Barker R.H., Franks L.E., Слока B.K., Ширман Я.Д., Варакин Л.Е., Пестряков В.Б., Свистов В.М., Петрович Н.Т., Размахнин М.К., Вакман Д.Е., Седлецкий P.M. и ряд других зарубежных и отечественных исследователей, что обеспечило возможность начать их широкое применение в различных радиосистемах.

Дальнейшее развитие теории и техники радиосистем привело к появлению ансамблей СС, которые впервые были исследованы Welti G.R., Golay M.Y.E. Ими было показано, что ансамбли ССПП, при соответствующей обработке позволяют получить сигналы, представляющие собой суммы откликов согласованных фильтров (СФ), описываемых автокорреляционными функциями (АКФ), у которых отсутствуют боковые лепестки (БЛ) вдоль оси времени.

Поскольку в 60-х годах прошлого столетия стоимость узлов формирования, генерирования, приема и обработки ССПП достигало половины стоимости проектируемой радиосистемы, то в течение длительного времени идеи, рассмотренные в указанных выше работах не находили практического применения.

Появление цифровой обработки сигналов (ЦОС), большой вклад в развитие которой внесли Gold В., Rader M., Rabiner L., Oppenheim A.V., Гольденберг Л.М. Лихарев В.А. и ряд других зарубежных и отечественных исследователей, позволило начать рассмотрение алгоритмов, которые не находили ранее своего применения.

Это вызвало интерес к разработке теории и исследованию принципов обработки ансамблей СС, законы модуляции каждого из которых в ансамбле зависят от законов модуляции всех других сигналов этого же ансамбля СС. К таким СС относятся СС А--го порядка (к=1, 2, 3, 4,...), под которыми понимаются такие сигналы, у которых в каждый момент времени на частотно-временной плоскости находится к значений частоты. При этом на каждой к-й частоте над одной и той же информацией осуществляется модуляция по своему закону, присущему только этой частоте и зависящей от законов модуляции на других частотах. Частным случаем являются СС второго порядка (ССВП), т.е. к~2, каждый из которых состоит из пары СС первого порядка (ССПП), т.е. ¿=1.

К настоящему времени основные исследования в этом направлении были проведены и опубликованы в работах Литюка В.И., Овсеенко А.В, Литюка Л.В., Кокоревой В.А., в которых рассматриваются различные аспекты синтеза и обработки ансамблей СС высокого порядка, включая простейшие из них ССВП. В этих работах рассмотрены возможности использования свойств суммарных взаимокорреля-циош1ых функций (ВКФ) ансамблей ССВП для выделения помеховых реализаций с целью повышения помехоустойчивости, использующих их радиосистем.

В работах Литюка В.И. и Литюка Л.В. рассмотрены методы, в которых за счет использования свойств суммарных ВКФ, производится компенсация помеховых реализации, поступающих на обработку в аддитивной смеси с ССВП.

Тем не менее, к настоящему времени недостаточно исследована эффективность радиосистем различного назначения, в которых применяются ансамбли ССВП.

Поэтому тема диссертационной работы, посвященная исследованию и разработке алгоритмов обработки и моделированию радиосистем, использующих ССВП является актуальной.

Объектом исследования являются радиосистемы, использующие ССВП и оценка их эффективности путем использования введенных критериев в виде коэффициентов подавления помеховых реализаций.

Предметом исследования являются алгоритмы обработки ССВП их программные и аппаратно-программные модели с учетом влияния параметров узлов радиосистем, использующих ССВП.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности радиосистем, использующих ССВП, с учетом влияния параметров их узлов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- разработка алгоритмов обработки, учитывающих при их программной реализации особенности и ограничения, присущие реальным узлам моделируемых радиосистем для оценки их эффективности при различных видах искажений входных ССВП;

- разработка алгоритмов частотного дискриминирования принимаемого ССВП с подавленной несущей с учетом особенностей технической реализации используемых узлов тракта их обработки для оценки эффективности радиосистем с ССВП путем их программного моделирования;

- разработка аппаратно-программного комплекса для формирования и генерирования ССВП и помеховых реализаций и их совместной программной обработки для подтверждения правильности разработанных моделей и алгоритмов, используемых при программном моделировании.

Научная новизна.

В рамках данной диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:

- разработан алгоритм обработки ССВП, позволяющий учитывать параметры узлов радиосистем, использующих такие сигналы;

- определено влияние на эффективность обработки ССВП аналого-цифровых преобразователей, частотно-избирательных узлов, а также таких параметров как длительность выборки входного процесса и погрешности оценки уровня полезного сигнала в принимаемой реализации;

__ - РазРаботан алгоритм оценки сдвига подавленной несущей частоты входного ССВП в радиосистеме за счет свойств ансамблей используемых СС в приемной части тракта системы передачи информации;

- разработан аппаратно-программный комплекс для реализации формирования и обработки одиночного ССВП и независимых помеховых реализаций, поступающих на обработку в аддитивной смеси и программной реализации их обработки.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- получены результаты программного и аппаратно-программного моделирования, показывающие работоспособность и эффективность предложенного алгоритма компенсации помеховых реализаций, сопровождающих прием ССВП;

- получены результаты моделирования исследуемого программного алгоритма без и с учетом влияния параметров узлов радиосистем, использующих ССВП, позволяющие оценить и выбрать параметры узлов, обеспечивающих заранее заданные требования к эффективности обработки сигналов;

- оценено влияние погрешностей измерений уровня полезного сигнала в принимаемой реализации на степень компенсации помеховых составляющих для отношений сигнал/помеха (ОСП) на входе от = -10 дБ до цвх = -80 дБ;

- получены результаты моделирования частотного дискриминатора показывают возможность его реализации при ОСП □ ОдБ с заранее заданными точностными характеристиками, определяемые параметрами внутренних узлов, при относительной расстройке в диапазоне нормированных частот ±22,5 град/отсчет;

- разработан и изготовлен аппаратно-программный комплекс моделирования, позволяющий получать результаты, подтверждающие использованные теоретические положения в диапазоне значений ОСП на входе от +9,5дБ до -20дБ, которые совпадают с результатами, полученными при проведении программного моделирования на персональном компьютере (ПК) в САПР МаЛСАЭ.

На защиту выносятся:

- алгоритмы обработки и моделирования ССВП, синтезированных с учетом особенностей используемых узлов реальных радиосистем с различными параметрами, а именно: полосами пропускания, ограничениями длины разрядной сетки вычислителей и искажениями, вносимыми АЦП в обрабатываемые сигналы;

- алгоритм моделирования частотного дискриминирования принимаемых ССВП, представляющих собой два однополосных амплитудно-модулированных колебания (АМОБП) с подавленной несущей частотой и разными формами амплитудно-частотных спектров (АЧС);

- алгоритм моделирования в виде аппаратно-программного комплекса, позволяющий оценить степень совпадения получаемых результатов при проведении аппаратно-программных исследований с результатами моделирования, получаемыми при программном моделировании при одинаковых ОСП на входе.

Методы исследования основываются на использовании методов математического анализа, методов ЦОС, методов анализа радиотехнических цепей и сигналов, теории сложных сигналов, метод г-преобразований, методов моделирования по комплексной огибающей, методов статистической радиотехники, используемых для моделирования помеховых реализаций, методы спектрального анализа, методы аналоговой и цифровой схемотехники, сертифицированных программных продуктов МаЛСАЭ, ОиагШэ и Х^вБип.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и результатов, сформулированных в диссертации, подтверждается результатами проведенных программных и аппаратно-программных исследований, их совпадением друг с другом, которые подтверждают использованные в работе теоретические положения, актами внедрения, публикациями и апробацией работы на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях.

Реализация результатов работы. Основные исследования, результаты которых представлены в диссертации, проводились в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы (НИР), проводимой на радиотехническом факультете Технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ), а также в ЗАО ОКБ "Ритм".

Результаты, полученные в диссертации внедрены в работы ЗАО ОКБ "Ритм" и в учебный процесс кафедры радиоприемных устройств и телевидения (РПрУ и ТВ") ТТИ ЮФУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрения на следующих научно-технических конференциях и семинарах, а именно: Тринадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (2007 г.); VI Международном научно-техническом семинаре (2007 г.); Четырнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (2008г.); IX Всероссийской научной конференции (2008 г.); Международной научно-технической и научно-методической интернет -конференции в режиме off-line (2009 г.); X Всероссийской научной конференции (2010 г.); VII Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12* работ, из которых 3 статьи в журналах из перечня ВАК, 1 работа в виде главы в монографии (соавтор), 3 статьи в сборниках материалов конференций и 5 тезисов докладов в сборниках материалов конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 80 наименований и 3-х приложений. Основной текст работы изложен на 200 страницах машинописного текста, поясняется 222 рисунками.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы, отражена научная новизна и ее практическая значимость, сформулированы положения, выносимые на защиту, дается краткое содержание глав диссертации.

В первой главе "Анализ алгоритмов моделирования и обработки сложных сигналов" проводится анализ состояния проблемы, показывающий, что в настоящее время информационные радиосистемы, использующие ССПП, практически достигли своих потенциальных возможностей. Показано, что развитие цифровой быстродействующей элементной базы привело к появлению работ, в которых проводится пересмотр алгоритмов синтеза, формирования, приема и обработки ансамблей СС.

Анализ показал, что появление ансамблей СС высокого порядка позволяет получать высокие характеристики обрабатываемых процессов. Важным частным случаем ансамблей СС высокого порядка является ансамбли ССВП, который обладает свойствами, недоступными ССПП, а именно: их суммарные АКФ представляют собой цифровые «5-функции», а суммарные ВКФ «ортогональны в точке и на временном интервале при произвольном сдвиге».

В качестве примера рассматриваются особенности функционирования радиолокационной системы (РЛС) обнаружения с ССВП. При этом полагается, что каждый ССПП, составляющий ССВП, передается в верхней (ВБП) и нижней (НБП) боковых полосах од-

новременно. Рассматривается предложенный алгоритм приема и обработки ССВП, компенсирующий разные набеги фаз каждого ССПП, составляющего ССВП, по соседним частотным каналам. Показано, что рассмотренная техническая реализация позволяет учитывать особенности обработки ССВП.

Также показано, что использование свойств ансамблей ССВП позволяет получить в предельном случае полное подавление помеховых реализаций в обрабатываемой аддитивной смеси.

Особенность приводимого алгоритма заключается в следующем. В передающей части РЛС обнаружения формируется сигнал х(г), имеющий вид цифровой "3-

функции", который подается на два формирующие фильтры (ФФ) ФФ А и ФФ С, импульсные характеристики (ИХ) которых описываются соответствующей парой ДКП. Излучаемый полезный сигнал представляет собой ССВП, причем каждая его составляющая в виде ССПП, располагается в ВБП и ИБП, коэффициенты передачи в обоих частотных каналах одинаковы. К излученной паре ССПП, составляющей ССВП добавляются независимые помеховые реализации пА (/) и пс ((). Полученная аддитивная смесь подается на корреляционно-фильтровое устройство по двум каналам, ключевые схемы которого управляются стробирующими сигналами VупрА . иупрС, выделяющим начало и конец входной реализации. Полагается, что в этом интервале времени либо присутствует полезный сигнал в аддитивной смеси с помеховой реализацией, либо он отсутствует. Реализации с выходов ключевых схем поступают на соответствующие обрабатывающие СФ А и СФ С, составляющие сигнальный канал, ИХ которых согласованы с откликами ФФ А и ФФ С соответственно, и сжимающие фильтры (СжФ) СжФ В и СжФ О, образующие помеховый канал. Отклики СФ и СжФ подаются на соответствующие сумматоры, на выходах которых имеем реализации суммарных АКФ и ВКФ соответственно. Таким образом, используя свойства ансамбля ССВП, на выходах каждого из каналов обработки, имеем систему двух уравнений с двумя неизвестными

'а (0=«* (/)+пА{*)*К (0+«с(0*/%(<); п

Поскольку известны параметры СФ и СжФ и имея возможность хранения в памяти отсчетов входных реализаций с выходов сигнального и помехового каналов, можно найти помеховые реализации пл (/) и пс (г). В системе уравнений (1) также

присутствует постоянный коэффициент а, определяемый уровнем полезного сигнала в принимаемой реализации, он может быть измерен. Системы уравнений (1) решается в спектральной области путем использования алгоритмов прямого (БПФ) и обратного (ОБПФ) преобразований Фурье. Показано, что использование рассчитанных помеховых реализаций пл (/) и пс (?) путем их вычитания из принятых и записанных в памяти входных реализаций позволяет при дальнейшей обработке компенсировать помеховые реализации пА (/) и пс (/). Особенностью описанного алгоритма являются в

том, что обработка принимаемой реализации ведется по выборке длительностью, равной длительности полезного сигнала. Поэтому получить информацию о статистических характеристиках помеховых реализаций невозможно.

Указывается, что не рассмотрено влияние параметров узлов радиосистем с ССВП на эффективность их применения.

Также в этой главе рассматривается метод построения частотных дискриминаторов, для управления частотой гетеродина следящего за центральной частотой принимаемого сигнала в виде двух однополосных колебаний с подавленной несущей частотой. Рассматриваются условия, которым должны удовлетворять обрабатываемые сигналЬ1 для этого случая.

Показано, что не рассмотрены особенности спектров ССПП, составляющих ССВП, что препятствует непосредственному применению известных методов для его использования в получении требуемого управляющего сигнала гетеродина.

На основании проведенного анализа состояния проблемы указывается, что к настоящему времени отсутствуют работы, в которых учитывалось влияние узлов радиосистем с ССВП на эффективность их обработки, отсутствуют работы, в которых учитывались бы особенности параметров ССПП, составляющих ССВП, на эффективность управления частотой гетеродина, отсутствуют модели, позволяющие программным путем оценить эффективность радиосистем с ССВП, а также отсутствуют публикации, в которых проводился бы сравнительный анализ результатов обработки, проводимых программным и аппаратно-программным моделированием.

11риводятся выводы по полученным результатам.

Во второй главе "Моделирование системы обработки одиночного сложного сигнала второго порядка" разработан алгоритм, предназначенный для программного моделирования радиосистем с ССВП, в котором учитываются влияние параметров узлов этих систем. На рис. 1 приводится структурная схема алгоритма программного моделирования.

Рис. 1. Структурная схема алгоритма программного моделирования с учетом параметров узлов радиосистемы Отличительной особенностью данного подходя является наличие полосовых фильтров (ПФ) ПФ Апер и ПФ Спер, ПФ Апр и ПФ Спр и канальных АЦП. Показано, что алгоритм, описываемый выражением (1) имеет вид

«(О = ¿пф (0 * \axit) * киф (,() + пА (/) * Й*А (г) + пс (0 * И*с (/)]; НО = ЬПФ (!) * \пА (0 * к'в (1)+псЦ) * (/)].

В выражении (2) /?пф(0 учитывает сквозные ИХ частотно-избирательных узлов на передающей и приемной сторонах радиосистемы.

Результаты проведенного программного моделирования алгоритма обработки ССВП показывают работоспособность алгоритма в условиях воздействия независимых помеховых реализаций в широком диапазоне значений ОСП двх . В качестве граничной величины была выбрана величина цвх т1П= -80 дБ, поскольку современные радиоприемные устройства (РПрУ) обладают таким динамическим диапазоном.

При моделировании проверялась работоспособность алгоритма при дет = оо, а также при цвх = -20дБ , двх = -40дБ и двх = -80дБ . Обработка входных реализаций осуществлялась в двух квадратурных каналах по комплексной огибающей при отсутствии доплеровского сдвига и идентичности частотных каналов. К полезным ССВП, добавлялись независимые помеховые реализации. Результаты программного моделирования представлены в виде графиков на рис. 2.

Рис. 2. Выходной отклик без компенсации (слева) и с компенсацией (справа) помеховых реализаций при ОСП двх = <х>, цвх = -20дБ и двх = -80дБ

Для получения численных значений эффективности алгоритма обработки ССВП предложен коэффициент подавления помехи АГП0Д в виде

к™=дБ, (з)

где А/вх - отсчеты помеховых реализаций на входе системы; А,вых - отсчеты помеховых реализаций на выходе системы.

Проведен теоретический анализ влияния конечной длины разрядной сетки вычислителя, используемого в алгоритме обработки, который позволил определить зависимость от этого параметра уровня компенсации помеховых реализаций. Показано, что результаты моделирования полностью совпадают с полученными теоретическими данными.

Разработан алгоритм моделирования, учитывающий полосы пропускания частотно-избирательных узлов радиосистемы, выходных каскадов передатчика и линейного тракта радиоприемного устройства, на эффективность компенсации независимых помеховых реализаций. Для оценки влияния полосы пропускания предложен критерий эффективно-

сти ^гтод (3). Результаты моделирования алгоритма приведены на рис. 3,(2 = М/М , где

N- общее количество отсчетов в выборке, М- количество ненулевых сигнальных отсчетов в выборке входной реализации.

частотно-избирательных узлов и длины выборки входной реализации Разработан алгоритм моделирования и проведен анализ влияния разрядности АЦП на уровень компенсации независимых помеховых реализаций. Показано, что потери, возникающие из-за влияния ограничений, связанных с квантованием по уровню входных реализаций не превышает величины ЗдБ.

Проведено исследование влияние погрешности оценки уровня полезного сигнала в принимаемой реализации на уровень компенсации независимых помеховых реализаций. Для количественной оценки предложен критерий в виде коэффициентов

Ккомп) и К^омп(е5) , где е3 = 1-а/а - нормированный параметр, зависящий от разности между точным значением уровня а полезного сигнала в принимаемой реализации и измеренной величиной а , рассматривается случай когда а < а, а также зависимость ОСП на выходе от величины е5, изображенная на рис. 4.

Приводятся выводы по полученным результатам.

В третьей главе "Алгоритм частотного дискриминирования центральной частоты сложного сигнала второго порядка и его моделирование" рассматриваются особенности частотного дискриминирования ССВП, передаваемого в виде суммы двух АМОБП каждый и подавленной несущей частотой.

Разработан алгоритм, позволяющий проводить дискриминирование входного ССВП с подавленной несущей, имеющего различные энергетические спектры боковых полос. Особенностью предложенного алгоритма является то, что дополнительно введенные СжФ на приемной стороне в каждом из каналов предложенного ЧД вырав-10

нивает энергетические спектры боковых полос. В результате величина иупр(Р) зависит от расстройки Г между опорной частотой и подавленной несущей.

Структурная схема предложенного алгоритма частотного дискриминирован™ изображена на рис. 5. Она отличается от структурной схемы, изображенной на рис. 1, введением амплитудных ограничителей, фильтров нижних частот (ФНЧ), дифференцирующих фильтров (ДФ) каналов В и О, сумматора £ и сглаживающего ФНЧ.

Рис. 5. Структурная схема алгоритма частотного дискриминирования центральной частоты ССВП Результаты моделирования описываемого алгоритма показали, что линейность получаемой дискриминационной характеристики (ДХ) зависит в основном от параметров цифровых ФНЧ В и ФНЧ О, выделяющих основные гармоники полезного сигнала. Показано, что основное влияние на полезный сигнал, подаваемый на ДФ, оказывает третья гармоника. Это определяет высокие требования к полосе пропускания и крутизне спада АЧХ ФНЧ В и ФНЧ Д и, как следствие, к их порядкам, а также показано, что они должны быть максимально гладкими и равномерными в полосе пропускания каждого из них.

Показано, что порядок ДФ не оказывают значительного влияния на линейность ДХ, что позволило при моделировании использовать ДФ третьего порядка. Вид ДХ показан на рис. 6., где пунктиром изображена идеальная характеристика, сплошной линией - полученная в результате моделирования.

Рис. б. Виды дискриминационных характеристик

Оценено, путем программного моделирования, влияние помеховых реализаций на искажение ДХ. Рассмотрены возможности снижения искажений ДХ за счет вычисления средних значений абсолютного отклонения управляющего напряжения сгг номинальной величины при нулевой расстройке Р-0 и последующего вычитания этого значения из управляющего напряжения. Результаты моделирования показывают, что относительная погрешность отклонения полученной ДХ от «идеальной» при ОСП двх > О дБ в рабочем диапазоне частот ±9 грда/отсчет не превышает Л« "^"(Т) < 0,1%, а при максимальной относительной расстройке соответствующий обрабатываемому частотному диапазону, равному ±22,5 град/отсчет, не превышает Аи"°Ч;м (Я) <17,5% . Приводятся выводы по полученным результатам.

В четвертой главе "Особенности аппаратно-программной реализации алгоритма обработки одиночного сложного сигнала второго порядка" рассматривается моделирование исследуемого алгоритма обработки на основе разработанного аппаратно-программного комплекса. Рассмотрен и обоснован состав его отдельных частей. Показано, что в этом комплексе целесообразно реализовать в аппаратной части имитатор ССВП и использовать внешний генератор независимых канальных помех. Суммирование ССВП с помеховыми реализациями позволяет имитировать реализации, поступающие с выходов канальных ^фазовых детекторов реальных РПрУ. Сформированные сигналы поступают на программную часть комплекса, а именно - на входы звуковой карты персонального компьютера (ПК), в котором осуществляется обработка полученных отсчетов в соответствии с рассматриваемым алгоритмом на основе использования разработанных программ.

На рис. 7 изображена структурная схема разработанного аппаратно-программного комплекса, а на рис. 8 функциональная схема его аппаратной части. Дается описание их работы.

В силу ограничений, накладываемых используемым программным обеспечением, получаемые отсчеты обрабатываемых реализаций, которые подвергаются аналого-цифровому преобразованию в ПК, предварительно запоминаются в памяти. Аналоговые реализации, генерируемые стендом (фото слева) и записанные в ПК цифровые отсчеты входных реализаций (справа) при различных ОСП, изображены на рис. 9.

Передающая часть

Приёмная часть

Рис.7. Структурная схема аппаратной части комплекса

ш-

мк

Клавиатура

{ЕН^ПМ—* КВ-ЕЕН-^

Аналоговые реализации аддитивной смеси полезного сигнала с помехой, прошедшие корреляционно-фильтровое устройство

ПК2

' 1., л'" л П

- -^Л'^'кг'С' •■■ - - -

Рис.8. Функциональная схема аппаратной части стенда

оо.м»>

qвx = 9,5дБ

____

- - •• • •!■ ■ - "г* * 1

1 1- у .—5

Чвх = — ЮдБ

•7 .,, ,

4> ...... > -Р""V-,-.....! • -

V V: ^ 'V «

Чех = ~20ДБ

ФЦМ

«йу

■ -ША^На

Р' Ч;

"^ТТТГ"

I г——

Рис. 9. Аналоговые реализации, генерируемые стендом (фото слева) и записанные в ПК цифровые отсчеты входных реализаций (справа) Полученные отсчеты выводятся на экран ПК и затем переносятся в соответствующие места программы. Далее эти отсчеты обрабатываются в соответствии с описанным ранее алгоритмом. Результирующие отклики без компенсации (фото слева) и с компенсацией (справа) помеховых составляющих при ОСП на входе

Чех = 9,5 дБ , двх = -ЮдБ и цвх = -20дБ изображены на рис. 10.

Рис. 10. Отклики без компенсации (фото слева) и с компенсацией (справа) помеховых составляющих при ОСП на входе цвх = 9,5дБ , цвх = -ЮдБ и дех - -20дБ Проведено сопоставление полученных результатов с использованием аппаратно-программного комплекса с теоретическими результатами и с результатами, представленными в главе 2. Сравнительный анализ полученных результатов путем программного моделирования алгоритма обработки (рис. 2, = -20дБ ) и результатов, полученных при аппаратно-программном моделировании (рис. 10, =— 20дБ ) показывает

высокий уровень совпадения полученных результатов.

/Результат программного моделирования при <?„ = -10 дБ . Результат программного моделирования при = -20дБ , Результат аппаратно - программного моделированиями =-10д£ <у.и, , Результат аппаратно - программного моделированиями = -ЮдБ

Рис. 11. Зависимость ОСП на выходе от величины

На рис. 11 приведены зависимости, показывающие разницу между результатами, полученными в результате программного моделирования, и аппаратно-программного моделирования при значениях ОСП на входе =-ЮдБ и двх = -20дБ в зависимости от величины погрешности измерения уровня а полезного сигнала в принимаемой реализации. Анализ зависимости, изображенной на рис. 11, показывает их отличие не более 2 дБ.

Приводятся выводы по полученным результатам.

В заключении обобщаются основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложениях представлены описание работы аппаратной части аппаратно-программного комплекса, ксерокопии актов внедрения и ксерокопия справки о личном вкладе автора в работы, выполненные в соавторстве.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработана математическая модель и проведено программное моделирование алгоритма обработки ССВП без учета влияния внутренних параметров узлов радиосистемы. Полученные результаты показали работоспособность алгоритма в условиях воздействия независимых помеховых реализаций в диапазоне значений ОСП от = со до величины цвхт1п = -80 дБ.

2. Разработаны математические модели алгоритмов обработки для моделирования радиосистем с ССВП, в которых учитывается влияние параметров узлов этих систем. Оценивалось влияние на эффективность компенсации помеховых реализации путем использования введенного критерия ЛГП0Д, в котором учитываются влияния длины разрядной сетки вычислителя, ширины полосы пропускания линейного тракта РПрУ, параметров АЦП и погрешности оценки уровня полезного ССВП в принимаемой реализации.

3. Результаты программного моделирования алгоритма обработки ССВП, показали, что величина компенсации помеховых реализаций зависит от величины Q и совпадает с полученными теоретическими результатами. При расширении полосы пропускания линейной части РПрУ до А/^ = 10/ги , величина подавления помеховых реализации зависит лишь от длины разрядной сетки вычислителя, осуществляющего операции преобразований Фурье. Потери, связанные с влиянием конечной разрядности АЦП, относительно случая применения АЦП с бесконечньм числом разрядов, не превышает величины ЗдБ. Погрешности отклонения измеренного значения уровня полезного сигнала в принимаемой реализации а от а в пределах ± 20%, приводят к потерям ОСП на выходе в пределах (2,5-3) дБ.

4. Разработан алгоритм частотного дискриминирован!« ССВП с подавленной несущей за счет его свойств. Приведены результаты программного моделирования цифрового ЧД, которые показали правильность используемых теоретических положений. Определено влияние на линейность ДХ полосы пропускания, крутизны спада АЧХ канальных ФНЧ и определено влияние помеховых реализаций.

5. Результаты моделирования ЧД показали, что на начальном участке ДХ нелинейность менее 0,1% пределах относительной расстройке ^±9 град/отсчет На краях ДХ, равных ±22,5 град/отсчет, нелинейность достигает величин (3,5-4) %; относительная погрешность отклонения ДХ от «идеальной» при ОСП двх £ 0 дБ не превышает й 17,5% обрабатываемом частотном диапазоне.

6. Разработанный аппаратно-программный комплекс моделирования ССВП показал, что в диапазоне ОСП на входе от +9,5 дБ до -20 дБ наблюдается отклонение от результатов программного моделирования не более 2дБ. Это связано с влиянием точности используемой элементной базы и измерительных приборов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бейко СА., Журба А.Н. Анализ свойств сложных сигналов второго порядка и характеристик согласованных с ними фильтров//"Радиоэлектроника, электротехника и энергетика".

Тринадцатая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. 1-2 марта 2007. Тезисы докладов. :В 3-х т. - М.: Издательский дом МЭИ. 2007. Т.1.С.5.

2. Липок В.И., Бейко С.А., Журба А.Н. Повышение помехоустойчивости радиосистем, использующих сложные сигналы второго порядка//"Проблемы современной аналоговой микросхемотехники". Сборник материалов VI Международного научно-технического семинара. Часть 2. - Шахты: Изд-во ЮРГУЭС. 2007. С. 47-51.

3. Бейко С.А. Алгоритм повышения помехоустойчивости радиолокационных систем, использующие сложные сигналы второго порядка//1Х Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления": Тезисы докладов. -Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ.2008. T.I. С. 64.

4. Бейко С.А. Анализ оптимального и квазиоптимального алгоритмов обработки сложных сигналов второго порядка/ЛХ Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов 'Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления": Тезисы докладов. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ. 2008. Т.1. С. 43.

5. Бейко С.А., Липок В.И., Липок Л.В. Моделирование системы обработки одиночного радиолокационного сложного сигнала второго порядка//В кн. "Теоретические и практические аспекты цифровой обработки сигналов в информационно-телекоммуникационных системах". Монография. Под ред. В.И. Марчука - Шахты-ГОУ ВПО «ЮРГУЭС». 2009. С. 237-266.

6. Липок Л.В., Липок В.И., Бейко С.А. Об особенностях моделирования алгоритма обнаружения сложного сигнала второго порядка/Материалы Международной научно-технической и научно-методической интернет-конференции в режиме off-line "Проблемы современной системотехники". - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ. 2009. С. 10-55.

7. * Липок Л.В., Липок В.И., Бейко С.А. О слежении за частотой сигнала в информационных системах со сложными сигналами второго порядка//Известая высших учебных заведений России "Радиоэлектроника". 2010. №2. С. 23-30.

8. Липок Л.В., Липок В.И., Бейко С.А, Слежение за частотой в системе передачи информации со сложными сигналами второго порядка/ЛЗестник Государственного педагогического института. "Физико-математические и естественные науки". - Таганрог: Изд. центр Таганрог, гос. пед. ин-та. 2010. №1. С. 206-212.

9. Бейко С.А. Анализ влияния погрешности измерения амплитуды сложного сигнала второго порядка на помехоустойчив ость алгоритма его обработки//Х Всероссийская научная конференция 'Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления (КРЭС-2010)". Тезисы докладов. Т. 1. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. С. 29-30.

10. Бейко С.А. Об особенностях моделирования алгоритма слежения за центральной частотой в радиосистеме со сложными сигналами второго порядка/Л/Н Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН. Тезисы докладов. - Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2011.360 с. С. 155-156.

11. * Липок Л.В., Липок В.И., Бейко С.А. Обеспечение безопасности информационного обмена в мобильной системе радиосвязи//"Радиогехника". 2011. №7. С. 11-16.

12. * Липок Л.В., Липок В.И., Бейко С.А. Особенности цифровой реализации частотного дискриминатора в информационной радиосистеме со сложными сигналами второго порядка/ЛРадиотехника". 2011. №9. С. 62-67.

* - Работы в журналах из перечня ВАК

Подп. в печать // ¿>/.2012 г. Заказ № 3 объем 1 печ. л. Тираж 100 экз.

Типография технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге Пер. Некрасовский,44, г. Таганрог, Ростовская обл., ГСП-17А, 347928.

Введение.

1. АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ.

1.1. Вводные замечания.

1.2. Анализ существующих методов обработки сложных сигналов второго порядка.

1.3. Особенности технической реализации алгоритмов формирования сложных сигналов второго порядка.

1.4. Алгоритм компенсации помеховых реализаций.

1.5 Анализ методов слежения за центральной частотой входных сигналов с частично или полностью подавленной несущей.

1.6. Выводы по главе.

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ОДИНОЧНОГО СЛОЖНОГО СИГНАЛА ВТОРОГО ПОРЯДКА.

2.1 Вводные замечания.

2.2. Моделирование алгоритма обработки без ограничения по полосе занимаемых частот сложным сигналом второго порядка.

2.3. Анализ влияния конечной величины разрядной сетки на эффективность алгоритма обработки.

2.4. Моделирование алгоритма обработки с ограничением сложного сигнала второго порядка по полосе занимаемых частот.

2.5. Исследование влияния разрядности аналого-цифрового преобразования входного сигнала на эффективность алгоритма обработки.

2.6. Исследование влияния погрешности оценки ^ амплитуды полезного сигнала на эффективность алгоритма обработки сложного сигнала второго порядка.

2.7. Выводы по главе.■.<■.

3. АЛГОРИТМ ЧАСТОТНОГО ДИСКРИМИНИРОВАНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ СЛОЖНОГО СИГНАЛА

ВТОРОГО ПОРЯДКАМОДЕЛИРОВАНИЕ.

3.1 Вводные замечания.

3.2. Алгоритм формирования управляющего сигнала из сложного сигнала второго порядка.

3.3. Моделирование цифрового частотного дискриминатора, Я предназначенного для слежения за центральной частотой сложного сигнала второго порядка.

3.4. Выводы по главе.

4. ОСОБЕННОСТИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ v АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ОДИНОЧНОГО

СЛОЖНОГО СИГНАЛА ВТОРОГО ПОРЯДКА.

4.1. Вводные замечания.

4.2. Особенности построения аппаратно-программного испытательного комплекса моделирования алгоритма обработки.

4.3. Результаты исследования с использованием аппаратной части аппаратно-программного комплекса.

4.4. Результаты исследования с использованием программной части аппаратно-программного комплекса.

4.5. Выводы по главе.

Данная диссертационная работа посвящена исследованию эффективности применения сложных сигналов второго порядка (ССВП) в радиотехнических системах обработки информации с учетом влияния ограничений, накладываемых параметрами используемых в них узлов и устройств путем разработки методов моделирования учитывающих особенности ССВП.1 -, 4

Как известно, под сложными сигналами (СС) понимаются такие сигналы, у которых произведение их длительности т на ширину спектра занимаемых ими полосы частот AF, называемое базой В = т- AF, много больше единицы [1-6].

В последнее время появились СС к-го порядка [7-10]. Под СС А:-го порядка (к= 1, 2, 3, 4,.), понимаются такие сигналы, у которых в каждый момент времени на частотно-временной плоскости находится к значений частоты. При этом на каждой к-й частоте над одной и той же информацией осуществляется модуляция по своему закону, присущему только этой частоте и зависящей от законов модуляции на других частотах.

Частным случаем являются СС второго порядка (ССВП), т.е. к=2, каждый из которых состоит из пары СС первого порядка (ССПП), т.е. к=\.

Актуальность темы диссертационной работы и состояние вопроса.

Как известно, в настоящее время ССПП нашли широкое применение практически во всех информационных радиосистемах, таких, например, как радиолокационные и телекоммуникационные. Большой вклад в развитее теории и техники формирования, генерирования, приема и обработки ССПП внесли Ville J., Woodward P.M., Gabor D., Benjamin R., Cook C.E., Bernfeld M., Barker R.H., Franks L.E., Спока B.K., Ширман Я.Д., Варакин JI.E., Пестряков В.Б., Свистов В.М., Петрович Н.Т., Размахнин М.К., Вакман Д.Е., Седлецкий P.M. и ряд других зарубежных и отечественных исследователей [1-22]. , . , :

Это позволило начать широкое применение ССПП в различных радиосистемах. Дальнейшее развитие теории и техники радиосистем привело к появлению ансамбля СС. К первым работам в этом направлении можно отнести работы, опубликованные Welti G.R., Golay M.Y.E. [23, 24]. Теоретические исследования ансамблей ССПП из которых состоят получаемые ССВП показали возможность получения откликов, представляющие собой суммы откликов согласованных фильтров (СФ), описываемых автокорреляционными функциями (АКФ), у которых отсутствуют боковые лепестки (БЛ) вдоль оси времени.

Поскольку в 60-х годах прошлого столетия стоимость узлов формирования, генерирования, приема и обработки ССПП достигало

I \ половины стоимости проектируемой радиосистемы, то в течение длительного времени идеи, рассмотренные в указанных выше работах не находили практического применения.

Появление цифровой обработки сигналов (ЦОС), большой вклад в развитие которой внесли Gold В., Rader М., Rabiner L., Oppenheim A.V., Гольденберг Л.М. Лихарев В.А. и ряд других зарубежных и отечественных исследователей, позволило применить алгоритмы, которые не находили ранее своего применения [25-30].

Это вызвало интерес к разработке теории и исследованию принципов обработки ансамблей СС, законы модуляции каждого из которых в ансамбле зависят от законов модуляции всех других сигналов этого же ансамбля СС.

К настоящему времени основные исследования' в этом направлении были проведены и опубликованы в работах Литюка В.И., Овсеенко А.В, Литюка Л.В., Кокоревой В.А., в которых рассматриваются различные аспекты синтеза и обработки ансамблей СС высокого порядка, включая простейшие из них ССВП [31-56].

В работах [47-56] рассмотрены возможности использования свойств суммарных взаимокорреляционных функций (ВКФ) ансамблей ССВП для выделения помеховых реализаций с целью повышения помехоустойчивости, использующих их радиосистем.

В частности, рассмотрены методы, позволяющие компенсировать помеховые реализации, поступающие на обработку в аддитивной смеси с ССВП за счет использования свойств ансамблей ДКП.

Тем не менее, к настоящему времени недостаточно исследована эффективность радиосистем различного назначения, в которых применяются ансамбли ССВП.

Поэтому тема диссертационной работы, посвященной исследованию и разработке алгоритмов моделирования радиосистем, использующих ССВП, является актуальной.

Объектом исследования являются радиосистемы, использующие ССВП, и оценка (их эффективности путем использования введенных критериев в виде коэффициентов подавления помеховых реализаций.

Предметом исследования являются алгоритмы обработки, программное и аппаратно-программное моделирование с учетом влияния параметров узлов радиосистем, использующих ССВП.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности радиосистем, использующих ССВП, с учетом влияния на эффективность компенсации аддитивных помеховых составляющих, сопровождающих прием полезного ССВП, параметров внутренних узлов этих радиосистем.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

-разработка алгоритмов обработки, учитывающих при их программной реализации особенности и ограничения, присущие реальным узлам моделируемых радиосистем для оценки их эффективности при различных видах искажений входных ССВП;

-разработка алгоритмов частотного дискриминирования принимаемого ССВП с подавленной несущей с учетом особенностей технической реализации используемых узлов тракта их обработки для оценки эффективности радиосистем с ССВП путем их программного моделирования;

- разработка аппаратно-программного комплекса для формирования и генерирования ССВП и помеховых реализаций и их совместной программной обработки для подтверждения правильности разработанных моделей и алгоритмов, используемых при программном моделировании.

Научная новизна.

В рамках данной диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:

- разработан алгоритм обработки ССВП, позволяющий учитывать параметры узлов радиосистем, использующих такие сигналы;

- определено влияние на эффективность обработки ССВП нелинейных устройств в виде аналого-цифровых преобразователей (АЦП), частотно-избирательных узлов, а также таких параметров как длительность выборки входного процесса и погрешности оценки величины выборочных значений входного полезного сигнала в принимаемой реализации;

- разработан алгоритм оценки сдвига подавленной несущей частоты входного ССВП в радиосистеме за счет свойств ансамблей используемых СС

I \ в приемной части тракта системы передачи информации;

- разработан аппаратно-программный комплекс для реализации формирования и обработки одиночного ССВП и независимых помеховых реализаций, поступающих на обработку в аддитивной смеси, и программной реализации их обработки.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- получены результаты программного и аппаратно-программного моделирования, показывающие работоспособность и эффективность предложенного алгоритма компенсации помеховых реализаций, сопровождающих прием ССВП;

- получены результаты моделирования исследуемого программного алгоритма без и с учетом влияния параметров узлов радиосистем, использующих ССВП, позволяют оценить и выбрать параметры узлов, обеспечивающих заранее заданные требования к эффективности обработки сигналов;

- оценено влияние погрешностей измерений амплитуд полезных сигналов на степень компенсации помеховых составляющих для отношений сигнал/помеха (ОСП) на входе от цвх = -10 дБ до цвх = -80 дБ;

1 . ч

- получены результаты моделирования частотного дискриминатора 1 показывают возможность его реализации при ОСП д^-ОдБ с заранее заданными точностными характеристиками, определяемые параметрами внутренних узлов, при относительной расстройке в диапазоне нормированных частот ±22,5 град/отсчет;

- разработан и изготовлен аппаратно-программный комплекс моделирования, который позволяет получать результаты, подтверждающие использованные теоретические положения в диапазоне значений ОСП на входе от +9,5дБ до -20дБ. Результаты, полученные путем аппаратно-программного моделирования, отличаются от результатов, полученных при проведении программного моделирования на персональном компьютере

I . \

ПК) не более чем на 2дБ.

На защиту выносятся:

- алгоритмы обработки и моделирования ССВП, синтезированных с учетом особенностей используемых узлов реальных радиосистем с различными параметрами, а именно: полосами пропускания, ограничениями длины разрядной сетки вычислителей и искажениями, вносимыми АЦП в обрабатываемые сигналы;

- алгоритм моделирования частотного дискриминирована принимаемых ССВП, представляющих собой два амплитудно-модулированных колебания с одной боковой полосой (АМОБП) и подавленной несущей частотой и разными формами амплитудно-частотных спектров (АЧС);

- алгоритм моделирования в виде аппаратно-программного комплекса, > позволяющий оценить степень совпадения получаемых результатов при проведении аппаратно-программных исследований с результатами моделирования, получаемыми при программном моделировании при одинаковых ОСП на входе.

Методы исследования основываются на использовании методов математического анализа, ЦОС, методов анализа радиотехнических цепей и сигналов, теории сложных сигналов, метод 2-преобразований, методов моделирования по комплексной огибающей, методов моделирования статистической радиотехники для моделирования помеховых реализаций, методы спектрального анализа, методы аналоговой и цифровой схемотехники, сертифицированных программных продуктов МаШСАБ, (ЗиагШБ и У^нл. » • »

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и результатов, сформулированных в диссертации подтверждается результатами проведенных программного и аппаратно-программных исследований, их совпадением, которые подтверждают использованные в работе теоретические положения. Результатами аппаратного моделирования, актами внедрения, публикациями, апробацией работы на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях.

Реализация результатов работы.

Основные исследования, результаты которых представлены в диссертации, проводились в рамках госбюджетной научно-исследовательской 1 работы (НИР), проводимой на радиотехническом факультете Технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ), а также в ЗАО ОКБ "Ритм".

Результаты, полученные в диссертации внедрены в работы ЗАО ОКБ "Ритм" и в учебный процесс кафедры радиоприемных устройств и телевидения (РПрУ и ТВ) ТТИ ЮФУ.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы обсуждались и получили одобрения на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

- Тринадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (2007 г.);

- VI Международном научно-техническом семинаре (2007 г.);

- Четырнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (2008г.);

- IX Всероссийской научной конференции (2008 г.);

- Международной научно-технической и научно-методической интернет - конференции в режиме off-line (2009 г.);

- X Всероссийской научной конференции (2010 г.);

- VII Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (2011).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 12 работ, из которых 3 статьи в журналах из перечня ВАК, 1 работа в виде главы в монографии (соавтор), 3 статьи в сборниках материалов конференций и 5 тезисов докладов в сборниках материалов конференций.

Структура и объем работы. • > '

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 80 наименований и 3-х приложений. Основной текст работы изложен на 200 страницах машинописного текста, поясняется 222 рисунками.

4.5. Выводы по главе

4.5.1. В данной главе рассмотрено моделирование исследуемого алгоритма на основе разработанного аппаратно-программного комплекса. Подробно рассмотрен и обоснован состав отдельных частей аппаратно-программного комплекса обработки сигналов. Показано, что целесообразно реализовать в виде аппаратной части макета имитатор ССВП и использовать внешний генератор канальных помеховых реализаций для получения реализаций, эквивалентных сигналам, поступающим с выходов канальных фазовых детекторов'. Сформированные сигналы в виде аддитивной суммы ССВП с канальными помеховыми реализациями, поступают на программную часть комплекса, а именно - на входы звуковой карты персонального компьютера (ПК), в котором осуществляется обработка полученных отсчетов в соответствии с рассматриваемым алгоритмом на основе использования разработанных программ.

4.5.2. Предложены и даются описания работы структурной и функциональной схем аппаратной части разработанного макета. Показана его работоспособность, для чего сигналы с выходов контрольных точек выводились на экран осциллографа, где производилась фиксация полученных результатов путем их фотографирования. Рассмотрена работа аппаратной части макета при отсутствии помеховых реализаций и при различном ОСП реализация. Полученные результаты представлены в виде фотоснимков осциллограмм, полученных с контрольных точек разработанного макета.

4.5.3. Показано, что в силу ограничений, накладываемых используемым программным обеспечением, получаемые отсчеты обрабатываемых реализаций, которые подвергаются аналого-цифровому преобразованию в ПК, предварительно запоминаются в памяти. Полученные отсчеты выводятся на экран ПК и затем переносятся в соответствующие места программы. Далее эти отсчеты обрабатываются в соответствии с описанным ранее алгоритмом.

4.5.4. Проведено сопоставление полученных результатов с использованием аппаратно-программного комплекса с теоретическими результатами и с результатами, полученными путем проведения машинного моделирования с использованием сертифицированного программного обеспечения, представленными в главе 2. Сопоставление полученных результатов для обоих видов проведенного моделирования показывает их полное взаимное соответствие в диапазоне ОСП до чвхт[п = -20 дБ.

4.5.5. Проведенное моделирование с использованием аппаратно-программного комплекса подтвердило работоспособность и эффективность исследуемого алгоритма обработки. Полученные результаты совпали с результатами, полученными путем моделирования на ПК с использованием сертифицированного программного обеспечения. А, следовательно, все результаты, полученные путем компьютерного моделирования, являются достоверными. • *

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При решении Задач, вытекающих из поставленной цели работы, в результате проведенных исследований, получены следующие результаты.

1. Разработана математическая модель и проведено программное моделирование алгоритма обработки ССВП без учета влияния внутренних параметров узлов радиосистемы. Полученные результаты показали работоспособность алгоритма в условиях воздействия независимых помеховых реализаций в диапазоне значений ОСП от # = оо до величины

Ятт = —80дБ.

2. Разработаны математические модели алгоритмов обработки, позволяющие провести моделирование работы радиосистемы, использующей ССВП для оценки их эффективности, в которых учитывается влияние параметров узлов. Оценивалось влияние на эффективность комйенсации помеховых реализации, при помощи введенного критерия в виде коэффициента подавления помехи Кпод, влияния следующих параметров, а именно: длины разрядной сетки вычислителя, используемого в алгоритме обработки, ширины полосы пропускания линейного тракта РПрУ, параметров АЦП и погрешности оценки амплитуды полезного сигнала.

3. Результаты программного моделирования алгоритма обработки ССВП, показали, что:

- величина компенсации помеховых реализаций при заданной длине разрядной сетки зависит от отношения полной длины выборки к количеству в ней ненулевых отсчетов и совпадает с полученными в данной работе теоретическими результатами; ' 4

- при расширении полосы пропускания линейной части РПрУ до А/г = 10/гм, величина подавления помеховых реализации зависит лишь от длины разрядной сетки вычислителя, определяющей неточность вычисления связанной с ограничением по длительности обрабатываемых реализаций, при проведении операций прямого и обратного преобразований Фурье; связанной с ограничением по длительности обрабатываемых реализаций, при проведении операций прямого и обратного преобразований Фурье;

-потери, вызванные, влиянием конечной разрядности .АЦП,

I , определяемые ^под, относительно случая, в котором не учитывается влияние параметров обрабатывающих узлов, не превышает величины ЗдБ;

- снижение величины уровня компенсации помеховых реализаций в зависимости от неточности измерения амплитуды а от а в пределах ±20%, определяемого введенными коэффициентами компенсации помеховых реализаций К^мп(еБ) и К^омп(е5), приводят к потерям в пределах (2,5-3) дБ, относительно величин ее компенсации при точном значения параметра а.

4. Разработан алгоритм частотного дискриминирования принимаемого I сигнала с подавленной несущей за счет свойств ансамбля ССВП. Приведены результаты программного моделирования цифрового ЧД, реализующего предлагаемый алгоритм. Результаты моделирования показали правильность используемых теоретических положений, определено влияние на линейность полученной ДХ полосы пропускания и крутизны спада АЧХ ЦФНЧ, а также определено влияние помеховых реализаций на искажение ДХ.

5. Результаты программного моделирования показали, что:

-на начальном участке ДХ нелинейность составляет менее 0,1% пределах относительной расстройке ±9 град/отсчет сигнала по фазе от отсчета к отсчету относительно истинного значения, при превышении которого до величин ±22,5град/отсчет нелинейность достигает величин (3,54) %;

- относительная погрешность отклонения полученной ДХ от «идеальной» при ОСП ц > 0 дБ не превышает Аи™^1 (/) < 17,5% в диапазоне относительных расстроек ±22,5 град/отсчет.

6. Разработан аппаратно-программный комплекс моделирования ССВП, состоящий из аппаратной части, включающий в себя генератор ССВП и генератор пары независимых помеховых реализаций, и программной части, включающий в себя программу обработки ССВП согласно исследуемому алгоритму, с целью подтверждения правильности используемых моделей и полученных результатов, полученных при проведении программного моделирования.

Полученные результаты показали, что в диапазоне ОСП на входе от +9,5 дБ до -20 дБ наблюдается отклонение с результатами программного моделирования не более 2дБ, что связано с точностью используемой элементной базы и точностью измерительных приборов. Выбранный диапазон значений входных сигналов определялся точностью измерений используемых измерительных устройств.

1. КукЧ., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы: Теория и применение/Пер. с англ.; Под ред. B.C. Кельзона. М.: Сов. радио, 1971. -568 с.

2. Ширман Я.Д., Голиков В.Н., Бусыгин И.Н. и др.; Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: Сов. радио, 1970. - 560 е.

3. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов. М.: Сов. радио, 1970. - 376 с.

4. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. — М.: Сов. радио, 1978. — 304 с.

5. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985.-384 с.

6. Петрович Н.Т., Размахнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Сов. радио, 1969. - 232 с.

7. Литюк В.И. Синтез систем ФМн сигналов//В кн. "Цифровые методы обработки сигналов и изображений": Тезисы докладов. М.: ВВИФ им. Н.Е. Жуковского, 1990. С. 18-21.

8. Литюк В.И. Обработка ансамблей сложных сигналов в цифровых системах радиосвязи//Известия ВУЗов России. "Радиоэлектроника". 1998. Вып. 2. С. 35-43. ,

9. Литюк В.И., Литюк Л.В. Методы цифровой многопроцессорной обработки ансамблей радиосигналов. М.: СОЛОН-ПРЕСС. 2007. - 592 с.

10. Литюк В.И., Литюк Л.В. Введение в основы теории математического синтеза ансамблей сложных сигналов: Учеб. пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 80 с.

11. Вудворд М. Теория вероятности и теория информации с применениями в радиолокации-М.: Сов. Радио. 1955.

12. Ville J. Theory and application of the notion of complex signal, Cables Transmission ,English transi.: Selin. 1958.

13. Gabor D. Theory of communications. J. IEE (London) 1946.

14. Benjamin R. Recent developments in radar processing techniques, Proc. IEE (London), 1964.

15. Френке Jl. ТесУрия сигналов / Пер. с англ.; Под ред.Д.Е. Вакмана. М.: Сов. радио, 1974.- 344с.

16. Слока В.К. Вопросы обработки радиолокационных сигналов. М.: Сов.радио, 1970. -256с.

17. Barker R.H. Group synchronization of binary digital systems, in: "Communication Theory" (W Jackson, ed) p.273-287, Academic Press, New York and London, 1953.

18. Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Сов. радио, 1974.-360с.

19. Ширман Я. Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М.: Сов. радио, 1981. - 416с.

20. Вакман Д.Е., (Седлецкий P.M. Вопросы синтеза радиолокационных сигналов. М.: Сов. радио, 1973. - 312с.

21. Пестряков В.Б., Афанасьев В.П., Гурвиц B.JI. и др.; Шумоподобные сигналы в системах передачи информации/Под ред. В.Б. Пестрякова. М.: Сов. радио, 1973.-424с.

22. Свистов В.М. Радиолокационные сигналы и их обработка. М.: Сов. радио, 1977.- 416с.

23. Велти. Четверичные коды для импульсного радиолокатора/Зарубежная радиоэлектроника. 1961. №4. С. 3-19.

24. Golay M.J.E. Complementary series/IRE Trans., 1961. IT-11. p 207-214.

25. Голд Б., Рейдер Ч. Цифровая обработка сигналов/Пер. с англ.; Под ред. A.M. Трахтмана. М,.: Сов. радио, 1973. - 368с. ч

26. Рабинер JL, Голд Б.Теория и применение цифровой обработки сигналов / Пер. с англ.; Под ред. Ю.А. Александрова. М.: Мир, 1978. - 848с.

27. Оппенгейм A.B., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов/Пер. с англ.; Под ред. С.Я. Шаца. М.: Связь, 1979. - 416с.

28. Лихарев В.А. Цифровые методы и устройства в радиолокации. М.: Сов. радио, 1973. - 456с.

29. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов М.: Радио и связь, 1990. - 256с.

30. Литюк В.И. Методы расчета и проектирование цифровых многопроцессорных устройств обработки радиосигналов: Учебное пособие. Таганрог: ТРТУ, Ч.1ц 1994. 87с., Ч.2., 1995., 86с., Ч.З., 1995., 81с.> Ч.4., 1998., 94с.

31. Литюк В.И. Плекин В.Я., Овсеенко A.B. Системы радиолокационных фазоманипулированных сигналов//Известия ВУЗов СССР. Радиоэлектроника. 1990. №4. С.37-42.

32. Литюк В.И. Синтез и обработка ансамбля простых некогерентных импульсных сигналов//"Радиотехника". 2004. №4. С. 70-73.

33. Литюк Л.В. Синтез и анализ систем сложных сигналов с квазиидеальным телом неопределенности/УИзвестия ВУЗов России. "Радиоэлектроника". 1998. №2. С. 44-51.

34. Литюк В.И. Особенности применения ансамблей дополнительных кодовых последовательностей в адресных системах связи//"Телекоммуникации". 2000. №4 С. 31-35.

35. Литюк В.И. Выбор ансамблей сложных сигналов для асинхронных адресных систем связи//"Радиотехника". 2001. № 1 С. 73-75.

36. Литюк В.И. Обработка ансамблей сложных сигналов в цифровых системах радиосвязи//Известия ВУЗов России. "Радиоэлектроника". 1998. Вып. 2. С. 35-43.

37. Литюк В.И. Методы цифровой обработки сигналов на многопроцессорных вычислительных системах//"Радиотехнические и телевизионные средбтва сбора и обработки информации". Сборник ^научных статей. Таганрог: ТРТУ. 1998. С. 83-100.

38. Литюк Л.В. О некоторых особенностях импульсных сложных сигналов (1,к) порядка//Известия ТРТУ. "Материалы ХЫХ научно-технической конференции ТРТУ".- Таганрог: ТРТУ.2004. №1. С. 36-37.

39. Кокорева В.А. Анализ алгоритма обнаружения сложных сигналов второго порядка в асинхронно-адресной системе связи//Известия ТРТУ -Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2006. № 9 (64). С. 25-28.

40. Литюк Л.В.* Литюк В.И. О повышении эффективности информационных радиосистем//"Излучение и рассеяние электромагнитных волн ИРЭМВ-2009". Труды Международной научной конференции. -Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. С. 403-407.

41. Литюк В.И., Литюк Л.В. О компенсации помеховой составляющей, принимаемой в аддитивной смеси с полезным сигналом//"Телекоммуникации", 2007. №10. С. 43-47.

42. Литюк В.И., Литюк Л.В. О выделении шумовой составляющей, принимаемой в аддитивной смеси с полезным сигналом//"Телекоммуникации", 2007. №9. С. 26-29.

43. ЛитюкВ.И., Литюк Л.В. Система связи со сложными сигналами второго порядка//Известия ЮФУ. "Технические науки". Материалы LIV научно-технической конференции. 2009. №1(90). С. 34-42.1.. »

44. Литюк В.И., Литюк Л.В. Алгоритм обнаружения сложного сигнала второго порядка//"Радиотехника". 2010. №11. С. 16-22.

45. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учеб. пособие для вузов. Радио и связь, 1992. - 304 с.

46. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. М.: Сов. радио 1971. 672 с.

47. Палшков В.В.' Радиоприемные устройства.' Учебное пособие. М.: Радио и связь. 1984. 392 с.

48. Бакулев П. А. Измерение параметров радиолокационных и радионавигационных сигналов: Тексты лекций. М: МАИ. 1989. 28с.

49. Литюк В.И., Казакевич A.A. Цифровой частотный дискриминатор с переменной крутизной дискриминационной характеристики/ТИзвестия ТРТУ. "Материалы XLI научно-технической конференции" Таганрог: ТРТУ. 1997. №1. С. 33-35.

50. Altera Cyclone 2 Device Handbook, Volume 1//101 Innovation Drive. San Jose. CA 95135. www.altera.com. CII5V1-3.3.

51. Евстифеев A.B. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. -M.: Из-во "Додэка-XXI". 2007. 592 с.

52. Analog Devices 8-bit 40MSPS/50MSPS/80MSPS Converter AD9057//REV. С. One Technology,Way. P.O. Box 9106. Nordwood. MA02062-91Q6. USA. www.analog.com.

53. Analog Devices 8-bit 100MSPS+ TxDAC D/A Converter AD9708//REV.B. One Technology Way. P.O. Box 9106. Nordwood. MA02062-9106. USA. www.analog.com.

54. Altera AN370: Using Serial FlashLoader whith the QuartusII software//April 2009 Altra Corporation. 101 Innovation Drive. San Jose. CA 95135. www.altera.com.

55. Работы в журналах из перечня ВАКi188