Реферат: Измерения параметров сигнала. Структура оптимального измерителя

Сущность, условия решения и критерий оптимальности задачи измерения параметров сигнала

Измеряемые параметры сигнала (время запаздывания, доплеровское смещение частоты, наклон и кривизна волнового фронта) изме­няются во времени. Поэтому задача измерения по существу сводится к наиболее точному воспроизведениюэтих параметров, во времени. Для систем радиолокационных систем это означает наиболее точное воспроизведение во времени дальности, скорости и угловых координат объекта наблюдения. Для радиосистем передачи информации это означает на­иболее точное воспроизведение во времени передаваемого информа­ционного сообщения.

Постановка задачи измерения параметров сигнала, как и всякой другой задачи, предполагает формулировку некоторых условий ее решения. К числу таких условий относятся следующие исходные предполо­жения, выступающие в роли постулатов:

- самостоятельность задачи измерения,

-независимость измерения искомого параметра от других, считающихся известиями.

Самостоятельность задачи измерения воспринимается с некото­рой степень» условности.

В действительности, решая задачу обна­ружения, т.е. принимая решение о наличии или отсутствии сигнала по каждому элементу разрешения пространства наблюдения, мы тем самым вместе с решением о наличии сигнала в данном элементе разрешения формируем оценку о параметрах сигнала с точностью до элемен­та разрешения (по дальности, скорости, угловым координатам). Од­нако для задачи измерения параметров сигнала характерны принци­пиально другие» более высокие, точности. Поэтому процесс обнару­жения сигнала и измерения его параметров целесообразно рассматри­вать раздельно. Предполагается наличие обнаружителя, с помощью которого достоверно (D =1;F =0) устанавливается факт наличия сигнала в каком-либо элементе пространства наблюдения и осуществляется первоначальное грубое определение параметров сиг­нала (с точностью до элемента разрешения), позволяющее перейти к точному измерению.

Итак, согласно первому постулату о самостоятельности задачи измерения и достоверности обнаружения источником информации и объектом обработки (анализа) при решении задачи измерения пара­метров сигнала является аддитивная смесь принятого полезного сигнала и помех:

f ( t )= m ( t , a , b )+ n ( t )

Принятый полезный сигнал зависит от некоторого числа изме­ряемых (a1, a2,…ak) параметров (время запаздывания, доплеровское смещение частоты, наклон и кривизне волнового фронта) и некоторого числа неизменяемых (b1, b2,… bl) или пара­зитных параметров (случайные амплитуда и фаза). Измеряемые па­раметры a1, a2,…ak в общем случае являются функциональ­ноили статистически зависимыми. Это обстоятельство приводит к необходимости совместного измерения взаимозависимых параметров, что сильно усложняет решение задач синтеза и анализа измерителей параметров сигнала. Поэтому в дальнейшем рассматривается лишь случай независимого от других измерения одного параметра, когда все остальные параметры предполагаются известными. В случае ма­лых ошибок измерения, когда справедливы линейные приближения, раздельный синтез и анализ измерителей отдельных параметров впол­не допустим.

Под упомянутой выше ошибкой измерения параметра подразумева­ется разность между измеренным значением параметра a и его ис­тинным значением aц, закодированным в принятом сигнале:

D aц= a— aц.

В общем случае ошибка измерения является функцией времени и пред­ставляет собой разность

где a ц(t - изменявшийся во времени измеряемый параметр, закодированный в принятом сигнале (задающее воздействие измерителя);

a ( t ) - измеренное значение параметра, т.е. результат воспроизведения задающего воздействия.

Естественным критерием качества измерения параметра являет­ся минимум ошибки измерения D a ц. Однако формулировка критерия качества в такой форме не позволяет обеспечить осознания преем­ственности основных задач радиосистем (обнаружения, распознавания-различения и измерения) с точки зрения единства центрального звена решенияэтих задач - пространственно-временной и поляриза­ционной обработки сигнала на фоне помех.

Действительно, в результате пространственно-временной и по­ляризационной обработки принятого сигнала на фоне помех формиру­ется отношение правдоподобия (или любая однозначно связанная с ним величина). При этом фактически происходит сопоставление при­нятого сигнала и его прообраза по измеряемым параметрам.

Если характеристики и параметры принятого сигнала и его прообраза согласованы, то отношение правдоподобия максимально.

Факт согласованности характеристик и параметров привитого сигнала и его прообраза, устанавливаемый по максимуму отношения правдоподобия, может быть использован для формулировки критерия оптимальности в форме, удовлетворяющей сформулированному выше требованию: оптимальный измеритель должен обеспечить или минимум ошибки измерения, или максимум отношения правдоподобия.

Сформировав отношение правдоподобия и подобрав тем или иным способом такое значение измеряемого параметра, при котором отношение правдоподобия максимально, можно тем самым измерить с минимальной ошибкой тот или иной параметр сигнала. В зависи­мости от способа выбора измеряемого параметра различают измери­тели, классификация которых излагается ниже.

Классификация измерителей

Измерители различаются по следующим классификационным приз­накам;

- по степени участия человека (эргатические - с участием человека в системе "индикатор-оператор" и автоматические - без участия человека),

- по используемому времени (с формированием разовой оценки, т.е. с оцениванием по результатам

одного обращения к объекту наблюдения Ta = T н<< Tob и с формированием объединен­ной оценки, т.е. оцениванием по результатам нескольких обраще­ний к объекту наблюдения Ta >> T н>> ),T н Tob

- по наличию или отсутствию обратной связи (следящие или замкнутые измерители и неследящие или разомкнутые измерители).

Неотъемлемой частью эргатических измерителей является сис­тема "индикатор-оператор". Человек-оператор, наблюдая за экра­ном индикатора, используя либо неподвижные калибрационные метки (механические или электронные), либо подвижные метки, осуществляет максимально правдоподобную оценку координат или параметров движения целей. При этом оценивание измеряемого па­раметра возможно как по результатам одного обращения к цели ( Та = Тн << Тоб ), что характерно для РЛС кругового обзора с большим периодом обзора (единицы секунд), так и по результатам нескольких обращений к цели (Та >> Тоб >> Тн ), что характерно для РЛС секторного обзора с высокой частотой обзора (десятки герц и более).

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--