Алгоритмы адаптивной обработки сигнала на основе весового усреднения разностной частоты в частном дальномере ближнего действия

• Автор: Баранов, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 05.12.04, 05.12.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 203 с. : ил.

Введение
1 Анализ методической погрешности метода весового усреднения разностной частоты частотного дальномера

1.1 Введение

1.2 Счтный метод измерения разностной частоты

1.3 Метод весового усреднения разностной частоты

1.4 Методическая погрешность измерения расстояния.

1.4.1 Анализ методической погрешности измерения для весовой функции в виде тригонометрического ряда Фурье

1.4.2 Анализ методической погрешности измерения для весовой функции КайзераБесселя.

1.4.3 Приближнный метод оценки порешности весового усреднения разностной частоты.

1.5 Результаты численного моделирования, экспериментального исследования и возможности практической реализации.
1.6 Выводы
2 Влияние помех на погрешность измерения расстояния.
2.1 Введение
2.2 Влияние шумов на погрешность измерения расстояния.
2.2.1 Влияние шумов на погрешность измерения для весовой функции в виде тригонометрического ряда Фурье.
2.2.2 Влияние шумов на погрешность измерения для весовой функции КайзераБесселя
2.3 Влияние мешающих отражателей
2.3.1 Влияние помехи для алгебраической весовой функции.
2.3.2 Влияние помехи для весовой функции КайзераБесселя
2.4 Результаты численного моделирования.
2.4.1 Результаты численного моделирования влияния шума.
2.4.2 Результаты численного моделирования влияния помехи.
2.5 Выводы.
3 Минимизация погрешности измерения расстояния для метода весового усреднения разностной частоты.
3.1 Введение.
3.2 Минимизация мгновенной методической погрешности путем оптимизации параметров весовой функции.
3.3 Минимизация усредненной методической погрешности путем оптимизации параметров алгебраической весовой функции
3.4 Минимизация усредненной методической погрешности путем оптимизации параметров весовой функции КайзераБесссля.
3.5 Влияние шума на погрешность измерения расстояния при использовании оптимальных весовых коэффициентов
3.6 Минимизация погрешности измерения расстояния путм оптимизации параметров частотной модуляции.
3.6.1 Минимизация методической погрешности с помощью дополнительной медленной частотной модуляции.
3.6.2 Минимизация методической погрешности с помощью оптимизации диапазона перестройки частоты при частотной модуляции.
3.6.3 Минимизация погрешности измерения расстояния с помощью комбинированной оптимизации.
3.7 Результаты численного моделирования алгоритмов оптимизации и возможности практической реализации.
3.8 Выводы
4 Анализ возможностей повышения точности измерения расстояния при нелинейной модуляционной характеристике генератора.
4.1 Введение
4.2 Математическая модель модуляционной характеристики
4.3 Влияние нелинейности модуляционной характеристики на погрешность весового метода усреднения разностной частоты.
4.4 Учет нелинейности модуляционной характеристики при весовом усреднении разностной частоты
4.4.1 Квадратичная нелинейность модуляционной характеристики
4.4.2 Колебательная нелинейность модуляционной характеристики.
4.4.3 Квадратичная и колебательная нелинейность модуляционной характеристики
4.5 Оценка параметров модуляционной характеристики по рабочему сигналу разностной частоты.
4.6 Компенсация нелинейности модуляционной характеристики корректированием модулирующего напряжения
4.7 Учет нелинейности при расчте расстояния
4.7.1 Учел нелинейности при рассчте расстояния путем оценки положения доли крайних периодов
4.7.2 Учет нелинейности при рассчте расстояния путем аппроксимации зависимости периодов сигнала разностной частоты от времени
4.8 Результаты экспериментального исследования
4.9 Выводы
5 Заключение
Литература


Последний в литературе существует в разных вариантах. В данной работе будет рассматриваться временной метод с учтом достижений современной теории ЦОС, позволяющей добиться лучших результатов. Поэтому предварительно необходимо коротко рассмотреть этот метод и вытекающие из него процедуры обработки сигналов, источники погрешности и обеспечиваемую точность измерения расстояния. Известно, что ЧМ дальномеру присуща ОД 6, , , называемая методической , обусловленная периодичностью закона модуляции частоты. Во многих случаях ОД недопустимо велика, поэтому приходится принимать меры для е снижения 6, . Достигнуть этой цели можно разными методами, заключающимися в какихлибо дополнительных действиях над излучаемым и принимаемым сигналами 6,. Один из известных методов это метод ВУРЧ. Поэтому целесообразно оценивать величину обеспечиваемой им почетности измерения в сопоставлении с необходимыми дополнительными операциями по обработке сигналов. С этой целью необходимо разработать принципы оптимизации обработки. Рисунок 1. Рисунок 1. Данная работа посвящена вопросам повышения точности измерения расстояния. Методы выделения доплеровской частоты в таких устройствах хорошо исследованы 6 и здесь не рассматриваются. Далее будем считать, что цель неподвижна или малоподвижна так, что сс доплеровской частотой можно пренебречь. Новые результаты, приведнные в данной главе, опубликованы в работах автора ,, , ,, ,. Кратко рассмотрим счтный метод в основном по работе 6, обращая внимание только на ключевые моменты и приводя результаты, которые позволяют отмстить его ограничения или будут использоваться в последующих разделах работы. В соответствии с рисунком I. I непрерывный высокочастотный сигнал модулируется по частоте и излучается в направлении объекта, расстояние до которого необходимо измерить. Обычно для модуляции используется некоторая монотонная периодическая функция шлюдтгмоь0 с периодом Т люд. Ограничения на модулирующую функцию в общем случае очень слабые 6. Д2тг0модг, где отг0 несущая частота закон изменения частоты. Тогда диапазон перестройки частоты удвоенное значение девиации Лсосо2 со, 2тг 2тт А I7. Спустя время распространения С электромагнитной волны до объекта и обратно отражнный сигнал, и часть мощности излучаемого сигнала поступают в смеситель. Фто фаза комплексного коэффициента отражения объекта. На рисунке 1. На рисунке 1. СРЧ. На графиках СРЧ и разностной частоты на интервалах времени вблизи точек пересечения графиков для частоты излучаемого и принимаемого сигналов наблюдаются резкие изменения указанных величин, повторяющиеся через половину периода модуляции. Эти интервалы времени называются зонами обращения 6. Обычно выполняется условие 3Тмод. В этом случае длительноегь зон обращения на рисунке 1. В итоге 6 СРЧ представляет собой пачки синусоидальных колебаний одинаковой длительности, равной половине периода модуляции, с частотой, пропорциональной измеряемому расстоянию, и скачками фазы, до 0. Т.к. Фя соответственно амплитуда, и фаза СРЧ. Фаза СРЧ равна
1. О3
Т. СРЧ при указанных допущениях совпадает с законом изменения частоты зондирующего сигнала. Отличие от этого закона наблюдается только в зонах обращения вокруг моментов экстремумов фазы. Пренебрегая несущественной задержкой , рассмотрим графическое изображение фазы 1. СРЧ, показанные на рисунке 1. Фко0 . Горизонтальные линии на рисунке 1. СРЧ при этих значениях фазы обращается в нуль, поэтому эти точки графика называют нулями СРЧ . СРЧ с выхода смесителя через предварительный усилитель с ограниченной полосой пропускания поступает на измеритель частоты. Традиционно измерение частоты производится путм подсчта числа нулей СРЧ в течение некоторого промежутка времени. Полученное значение частоты является основой для вычисления расстояния. Точное значение разностной частоты равно 6, ,
Измеритель частоты определяет е среднее значение за некоторый интервал времени. Вследствие периодичности модуляции минимальным интервалом усреднения является полупериод модуляции. Для этого на измеритель частоты и вычислитель расстояния на рисунке 1.