Дипломная работа: Модель тракта прослушивания гидроакустических сигналов

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%

Поэтому после перехода в частотную область необходимо компенсировать задержки умножив их на фазирующие коэффициенты и просуммировать .компенсировать в среде задержку и в результате получить M кратную копию исходного сигнала.

Но переход в частотную область осуществляется с использованием дискретного преобразования Фурье, которое циклически продолжает ограниченную временную последовательность на бесконечности .

В результате после внесения задержки реализация оказывается циклически сдвинутой и внутри ее возникают разрывы фазы, что и показано на рисунке.

Исходя из этого системой ШП как правило входные выборки берутся в обработку с перекрытием , некорректные отчеты должны быть выброшены из обработки , а для того чтоб сохранить непрерывность сигнала по входу они должны быть сдвинуты.

Вторая проблема

Вся обработка была показана во всей полосе сигнала. В реальной же системе формирование делается в узкой полосе частот, на следующем рисунке показано как вырезание прямоугольным фильтром будет влиять на восстановление сигнала,

(по заданию) предназначен для прослушивания сигналов в трех частотных диапазонах (шириной 1.5, 3 и 4 кГц),

Как видим, ИПХ такого фильтра не является ограниченной по времени, так что даже далекие по времени отсчеты, часть из которых, как было показано ранее, является некорректной, оказывают влияние на результат фильтрации. При этом чем шире вырезаемая полоса, тем отклик будет уже, и, следовательно, меньше требуемая величина перекрытия; чем уже полоса, тем большее перекрытие входных выборок следует вводить.Поэтому в тракте ШП необходимо предусмотреть фильтр с частотной характеристикой, отличной от прямоугольной. К импульсной переходной характеристике такого фильтра предъявляется следующее требование: ее уровень на далеких отчетах должен быть как можно меньше, чтобы уменьшить их влияние на восстановленный после вырезания полосы сигнал.

Таким образом, применение прямоугольного фильтра тоже искажает сигнала,

Чем уже прямоугольная характеристика в частотной области тем шире ее импульсная характеристика во временной, а для прямоугольного фильтра мы видим достаточно высокий уровень отчетов, таким образом, нужно подобрать такой фильтр которого импульсная переходная характеристика которого будет достаточно узкой и далекие от нулевого отчеты которого будут иметь низкий уровень. Например фильтр хана . и с применением нашего фильтра мы видим улучшение нашего спектра . но тем не менее часть отчетов должна быть исключена

Как видим, при этом уменьшаются амплитудные искажения в средней части реализации.

Как видно из рисунка 13 частотные окна, форма которых отлична от прямоугольной, вносят амплитудные искажения на краях полосы обработки. Для минимизации влияния использования частотных окон на уровень сигнала, с частотой, близкой к краям полосы обработки (0.3ч4.5) кГц, необходимо несколько расширить полосу фильтрации.

Дополнительно к тому что мы должны организовать перекрытие с учетом максимальной задержки мы еще должны предусмотреть фильтр.

Третья проблема

При проектирование тракта прослушивания возникает в результате того что человеческое ухо слышит от 0.3 до 4-5 кГц , а наш сигнал может быть более высокочастотным есть необходимость осуществить перенос частот в область низких частот . так как оператору сложно слушать на высоких шумы,

В результате проведенного моделирования было установлено, что сдвигать можно не на произвольное количество спектральных отчетов и более того, не при произвольной величине перекрытия. Следующие рисунки иллюстрируют этот эффектВот что мы получили . то же самое получается если мы сдвигаем на 5 спектр отчетов тоже плохо

И также в результате проведенного моделирования установлено, что осуществить сдвиг частот без потери качества прослушивания можно только в случае, если величина перекрытия входных выборок является делителем числа n - базы БПФ. При этом сдвинуть на один спектральный отсчет или на нечетное число отсчетов нельзя ни при какой величине перекрытия, иначе происходят искажения и нестыковки последовательных фрагментов восстановленного сигнала.

В таблицу 1 сведены полученные в результате проведенного моделирования данные о соотношении величины перекрытия входных выборок и числа спектральных отсчетов, на которые можно сдвигать (понижать или повышать) полосу сигнала.

На основании вышеизложенного, можно сделать выводы о том, что для устранения эффектов, вызванных появлением некорректных отсчетов при формировании канала наблюдения в частотной области и не во всей полосе, а в ограниченной полосе, необходимо: