Номер части:
Журнал

АЛГОРИТМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ В ЦИФРОВЫХ ПРИЕМНИКАХ ПРИ СУБДИСКРЕТИЗАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:


DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Анотация:
Ключевые слова:                     
Данные для цитирования: . АЛГОРИТМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ В ЦИФРОВЫХ ПРИЕМНИКАХ ПРИ СУБДИСКРЕТИЗАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ // Евразийский Союз Ученых. Технические науки. ; ():-.





Введение

Измерение несущей частоты радиосигналов является одной из важнейших задач различных систем обнаружения и анализа параметров радиосигналов, в частности систем радиомониторинга. Переход к цифровой обработке сигналов в таких системах требует разработки цифровых приемников и алгоритмов обработки радиосигналов. Важным параметром приемников систем радиомониторинга при решении задачи измерения несущей частоты радиосигнала является полоса частот, в которой осуществляется анализ сигналов. Традиционный подход к расширению рабочей полосы частот цифрового приемника заключается в повышении частоты дискретизации аналого-цифрового преобразователя (АЦП). При этом полоса частот ∆F обрабатываемого радиосигнала и частота дискретизации fs связаны теоремой Найквиста-Котельникова о низкочастотной дискретизации:

fs ≥ 2∆F (1)

Однако в этом случае возрастают требования как к характеристикам АЦП, так и  вычислительным устройствам, осуществляющим обработку сигналов.

При нарушении этого условия, т.е.:

fs< 2∆F(2)

становится невозможным однозначное восстановление радиосигнала по его цифровым отсчетам, а в случае решения задачи измерения несущей частоты – получения однозначногозначения частоты. Для обозначения процесса дискретизации сигнала в соответствии с условием (2) в литературе используется термин субдскретизация.

Применение субдискретизации радиосигналов в цифровых приемниках  позволяет существенно расширить диапазон частот обрабатываемых радиосигналов без увеличения тактовых частот АЦП и вычислительных устройств. Однако в этом случае возникает задача устранения неоднозначности представления радиосигнала в цифровом виде и, в частности, неоднозначности измерения несущей частоты сигнала.

В настоящем докладе рассмотрены алгоритмы измерения несущей частоты при субдискретизации радиосигналов.

Алгоритм измерения частоты действительного радиосигнала

Пусть на вход цифрового приемника поступает сигнал вида:

S(t) = A(t)cos(2πfct),(3)

где: A(t) – модулирующая функция, fc – несущая частота радиосигнала.

При аналого-цифровом преобразовании сигнала с частотой дискретизации, выбранной в соответствии с (2) и дальнейшем измерении несущей частоты возникает неоднозначность измерений. Способы устранения неоднозначности измерений известны и широко применяются в радиолокации, интерферометрии и т.д. [1]. В основе способов устранения неоднозначности измерений лежит идея реализации многошкальных или многоканальных измерительных систем [2].

Рассмотрим двухканальную схему цифрового приемника, решающего задачу измерения частоты радиосигнала (рисунок 1).

Рисунок 1

Входной сигнал S(t) с несущей частотой  fcпоступает на пару АЦП, работающих с различными частотами дискретизации fs1 и fs2. На выходах АЦП формируются последовательности цифровых отсчетов сигнала S1(n) и S2(n), которые подвергаются быстрому преобразованию Фурье. В полученном амплитудном спектре сигнала в каждом из каналов находятся отсчеты с максимальный амплитудой, которые соответствуют измеренной частоте сигнала в первом (fизм1) и втором (fизм2)  канале. Зависимость измеренной частоты fизм от частоты входного сигнала для первого и второго каналов приведена на рисунке 2.

Рисунок 2

В каждом из каналов частоте входного сигнала fc будут соответствовать наборы измеренных частот: fизм1 = {fc11, fc12,fc13, …} и fизм2 = { fc21, fc22,fc23, …}. Совпадающие значения в полученных наборах будут соответствуют истинной частоте сигнала. В примере, приведенном на рисунке 2:fc  = fc13 = fc23.

В рассмотренном алгоритме существует недостаток, который заключается в следующем. При совпадении частоты сигнала с точками на частотной оси, в которых происходит пересечение графиков зависимостей измеренной частоты fизм от частоты входного сигнала для первого и второго каналов, устранение неоднозначности измерения частоты невозможно. Такая ситуация показана на рисунке 3.

Рисунок 3

Допустим, частота входного сигнала  fc  = fА’. При этом :  fизм1 =  fизм2. Однако при  fc  = fА также соблюдается равенство fизм1 =  fизм2. Аналогичная ситуация складывается при fc  = fD’ = fD.

Указанного недостатка лишен алгоритм измерения частоты комплексного радиосигнала.

Алгоритм измерения частоты комплексного  радиосигнала

Схема цифрового приемника, решающего задачу измерения несущей частоты комплексного радиосигнала, приведена на рисунке 4.

Рисунок 4

Каждый из каналов такого приемника содержит пару АЦП, на входы которых поступают синфазная SI(t) и квадратурная SQ(t) составляющая входного радиосигнала. В отличие от рассмотренной ранее схемы, быстрое преобразование Фурье в каждом канале выполняется для отсчетов комплексного сигнала SI1(n) и SQ1(n) в первом канале, и  SI2(n) и SQ2(n) во втором канале. В остальном алгоритм обработки сигнала соответствует рассмотренному выше.

При комплексном представлении радиосигнала зависимость измеренной частоты fизм от частоты входного сигнала для первого и второго каналов будет выглядеть так, как это показано на рисунке 5.

В приведенном на рисунке 5 примере fc  = fc13 = fc23. Анализ возможных ситуаций при устранении неоднозначности измерения частоты показал, что “проблемные” точки на частотной оси, в которых неоднозначность измерения не устраняется, отсутствуют.

Рисунок 5

Выводы

Алгоритм измерения несущей частоты при субдикретизации действительного радиосигнала в двухканальном цифровом приемнике имеет недостаток, связанный с наличием частот сигнала, при которых происходят неоднозначные измерения. Такой недостаток возможно устранить увеличением числа измерительных каналов либо переходом к квадратурной обработке радиосигнала. Как и в любой многошкальной измерительной системе, устранение неоднозначности измерения частоты радиосигнала возможно в ограниченном диапазоне. Одной из ближайших задач исследований рассмотренных алгоритмов является оценка границ диапазона измерения несущей частоты радиосигнала при различных соотношениях частот дискретизации, а также различном числе точек БПФ.

Список литературы:

  1. Трухачев А.А. Радиолокационные сигналы и их применения. – М.: Воениздат, 2005. – 320 с.
  2. Собцов Н.В. Оценка максимального правдоподобия в многошкальной фазовой измерительной системе. Радиотехника и электроника, 1973, т.18, №6, с.1180 – 1186.[schema type=»book» name=»АЛГОРИТМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ В ЦИФРОВЫХ ПРИЕМНИКАХ ПРИ СУБДИСКРЕТИЗАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ» description=»В докладе рассмотрены алгоритмы измерения несущей частоты радиосигналов. Алгоритмы используют два канала аналого-цифрового преобразования и быстрого преобразования Фурье с различными частотами дискретизации.» author=»Николаев Андрей Николаевич, Белугина Анастасия Александровна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-29″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.04.2015_04(13)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 6778

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх