Факторы влияющие на восстановление сигнала

3 Факторы влияющие на восстановление сигнала

3.1 Перекрытие входных выборок в тракте прослушивания

Процедура формирования в частотной области, описанная в предыдущем разделе, реализуется в режиме ШП с использованием алгоритма БПФ следующим образом. Поскольку режим ШП предназначен для обнаружения широкополосных непрерывных сигналов с неизвестным временем появления, то заранее указать временной интервал, в течение которого сигнал будет существовать, не представляется возможным. Поэтому вся входная информация – пространственно-временные выборки поля – нарезается на фрагменты фиксированной длительности и на этих фрагментах выполняются все процедуры первичной обработки (переход в частотную область, формирование ПК, диапазонная фильтрация и т.п.). Переход в частотную область выполняется с использованием процедуры БПФ, которая вычисляет дискретный спектр выборки конечной длины, циклически размноженной до бесконечности. Внесение задержек в частотной области эквивалентно сдвигу временной реализации, которая в случае использования БПФ означает циклический сдвиг реализаций.

Таким образом, при реализации ФХН в частотной области происходит циклический сдвиг реализаций на отдельных приемных элементах друг относительно друга. В результате после сдвига реализации на время τm и перевода сигнала во временную область в начале задержанного фрагмента появятся отсчеты из его конца или, наоборот, отсчеты из начала реализации окажутся в конце ее (в зависимости от знака вносимой задержки). Таким образом, как внутри задержанной реализации, так и на стыках соседних по времени фрагментов возникает разрыв фазы (восстановленного) сигнала. Поэтому в суммарном сигнале (на выходе процедуры ФХН) часть отчетов на краях реализации оказывается некорректной. Число этих отчетов напрямую зависит от максимальной временной задержки, вносимой при формировании ПК. Иллюстрация этого эффекта приведена на рис.6, где изображены реализации тонального сигнала (красная кривая), его задержанная во временной области на величину τ копия (черная линия) и она же, после внесения задержки τ в частотной области и перехода к временному представлению (зеленый пунктир).

Рис. 6 Иллюстрация эффекта, возникающего при восстановлении сигнала после ФХН в частотной области

Видно, что восстановленная реализация на краю не соответствует исходной. Величина τ в этом случае положительная, но при формировании ПК в частотной области происходит сдвиг реализаций как на положительные, так и отрицательные τ.

На рисунках 7а и 7б приведены: исходный сигнал во временной области и его спектр, на рисунках 8а и 8б: сигнал, полученный в результате стыковки фрагментов восстановленного сигнала после внесения задержек в частотной области, а также его спектр. Как видно из графиков, при внесении задержки на краях реализаций появляются нестыковки, что приводит к искажению спектра сигнала.

Очевидно, что из дальнейшей обработки необходимо убирать некорректные отсчеты как в начале реализации, так и в конце ее, чтобы не зависеть от величины задержки сигнала.

Следует отметить, что подобные дефекты связаны со способом формирования ПК, а именно цифровым формированием в частотной области. Поскольку для тракта прослушивания и операторской классификации необходимо, чтобы выходная информация была непрерывной и не имела искажений, привнесенных обработкой, необходимо ввести так называемое перекрытие входных выборок сигнала и исключение некорректных отсчетов.

Рис. 7а Исходный сигнал во временной области

Рис. 7б Спектр исходного сигнала

Рис. 8а Стыковка восстановленных во временную области фрагментов сигнала на выходе сформированного канала (без отбрасывания некорректных отсчетов)

Рис. 8б Спектр восстановленного сигнала (стыковка без исключения некорректных отсчетов)

Величина перекрытия входных выборок должна быть не меньше максимальной задержки между любыми 2-мя приемными элементами, возникающей при приходе сигнала с любого направления в заданном секторе обзора режима ШП.

Для линейной АР величина перекрытия может быть вычислена по формуле:

N = tмах*fd, где

N – Величина перекрытия

tмах=(М-1)*d*sin(j)/c – максимальная задержка,

fd – частота дискретизации,

М – число приемных элементов линейной АР,

d – Межэлементное расстояние,

j - граница сектора обзора (от нормали к антенной решетке),

с – скорость звука в воде.

Для заданных в ТЗ на дипломную работу параметрах эта величина составляет: ~ 25%