Конспект лекцій з дисципліни Приймання та оброблення сигналів

Міністерство освіти і науки України

Криворізький коледж

національного авіаційного університету

 

Конспект

лекцій з дисципліни «Приймання та оброблення сигналів»

^{(повна назва)}

за спеціальністю 5.05090102 «Технічна експлуатація радіоелектронного устаткування повітряних суден», 5.05090103 «Технічна експлуатація наземних засобів радіоелектронного забезпечення польотів»

^{(шифр, назва)}

 

Склав викладач: Кутін А. І.

^{(прізвище та ініціали)}

 

Конспект обговорений

на засіданні циклової комісії

Загальнотехнічних дисциплін радіотехніки

^{(повна назва)}

Протокол № ___ від «___»2012р.

Голова комісії

^{(підпис)}

Новіков М. В.

^{(прізвище та ініціали)}

 

 

Кривий Ріг

Лекция № 1

Тема лекции:

«Вступление»

 

План лекции

1.1 Общие сведения

1.2 Краткая историческая справка

 

Литература

1. Хольний В. Я. Конспект лекций ("Устройства приема и обработки сигналов" и "Альбом рисунков и таблиц к конспекту лекций по дисциплине Устройства приема и обработки сигналов ") Кривой Рог: КК НАУ, 2012 – 56с.
2. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
3. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.
4. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
5. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

Содержание лекции

1.1 Общие сведения

Место радиоприемного устройства в канале связи. В канал связи входит радиопередающее устройство (РПДУ), радиоприемное устройство (РПУ) и линия связи (ЛС).

Определение РПУ – это радиоэлектронное средство, обеспечивающее обработку передаваемой и извлекаемой информации.

– В первом варианте информация заложена в радиосигнале, который формируется в РПДУ.

– Во втором варианте информация формируется как результат отражения электромагнитных колебаний (ЭМК) РПДУ от объекта (поверхности земли, летательных аппаратов и т.д.) – активная радиолокация или колебания поступают от естественных излучателей (тепловых, астрономических и т.д.) – пассивная радиолокация

Критерием качественной работы РПУ является получение достоверной информации.

Обобщенная структурная схема РПУ.

– Поэтапное преобразование сигнала в РПУ

· преобразование модулированного радиосигнала в форме свободных ЭМК в электрический сигнал (ЭДС, ток)

· усиление сигнала

· преобразование радиосигнала в модулирующее напряжение

· преобразование модулирующего напряжения в акустические, световые или кодированные колебания .

Для сохранения достоверности информации в процессе обработки сигнала РПУ дополнительно обеспечивает:

– минимально допустимый уровень искажения сигнала

– преимущественное усиление сигнала над помехой (избирательность)

Структурные звенья РПУ (рис. 1)

А – антенна обеспечивает преобразование ЭМК сигнала и помех в электрические колебания, а также пространственную и поляризационную избирательность.

РК – радиоканал обеспечивает качественное усиление радиосигнала при котором Д (детектор) может обеспечивать линейное детектирование, а также частотную избирательность.

ДК – декодер преобразует цифровой электрический сигнал в аналоговый и реализует кодовую избирательность.

УМК – усилитель модулирующих колебаний обеспечивает качественное усиление электрического сигнала по мощности для нормальной и качественной работы ВУ и ЭВМ

ВУ – воспроизводящее устройство (громкоговоритель, головные телефоны, электронно-лучевая трубка и др.) преобразует модулирующий сигнал в сообщение.

ЭВМ – электронная вычислительная машина обеспечивает обработку электрических сигналов специальной информации и выдает цифровую информацию или формирует управляющий сигнал для исполнительного звена.

Применение информации

– Обеспечение безопасности, регулярности и экономичности полетов.

– Принятие политических и экономических решений, пропаганда и развлечение.

– Научные и технические исследования

– Создание организационных радиопомех радиосистемам передачи и извлечения информации.

Техническое обслуживание (ТО) РПУ

– Виды технического состояния РПУ в

· неисправное – рабочее

· работоспособное – рабочее

· функционирующее – не рабочее

· состояние отказа – не рабочее

– Составные части ТО: проверка технического состояния, восстановление работоспособности, профилактика, документация.

Место дисциплины в системе подготовки специалиста.

ВМ (высшая математика)	УПОС (устройства приема и обработки сигналов)	ТРЛС (теория радиолокационных систем)
ОТЦ (основы теории цепей)
СПРТ (сигналы и процессы в радиотехнике)	ТРНС (теория радионавигационных систем)
АЭП (аналоговые электронные приборы)
ЦУМП (цифровые устройства и микропроцессоры)	ОТС (основы теории связи)
УСВЧ (устройства сверхвысоких частот)
УГФС (устройства генерирования и формирования сигналов)	РЭО (радиоэлектронное оборудование)
МИТ (метрология и измерительная техника)

Характеристика дисциплины

– Структура учебного материала.

· Теория РПУ и его каскадов

а. - наименование-опознание;

б. - назначение;

в. - критерий функционирования;

г. - алгоритм проверки - оценка функционирования;

д. - показатели;

е. - критерий работоспособности;

ж. - алгоритм проверки – оценка работоспособности;

з. - структурные звенья;

и. - критерий функционирования звеньев;

к. - алгоритм поиска отказавшего звена – восстановление функционирования;

л. - алгоритм расчета;

м. - варианты;

н. - применение

· Самостоятельная работа

а. - изучение теории;

б. - применение теории для решения технических задач

· Лабораторные работы по РПУ и его каскадам (проверка технического состояния, исследования, документация)

· Практические работы (разработка схемы, решение технических задач, документация)

– Система контроля знаний и умений

· текущий опрос изученного материала

· зачет по лабораторным работам

· зачет по дисциплине

Варианты РПУ

– Классификация

· по основному назначению: вещательные и профессиональные;

· по виду информации (рис. 2)

· по виду работы: телеграфные, радиотелефонные слухового, пишущего или буквопечатающего приема, фототелеграфные и др.

· по виду модуляции: амплитудные, частотные, фазовые, импульсные, однополосные, и комбинированные.

· по диапазону рабочих частот: ДВ, СВ, КВ, МВ, ДМВ, СМВ и др., широкодиапазонные.

· по способу построения РК: прямого усиления и супергетеродинные с однократным или многократным преобразованием частоты.

· по способу питания: батарейные, сетевые и комбинированные;

· по месту установки: передвижные стационарные;

· по качественным показателям: 1-3 и высшей группы сложности;

· по элементной базе: ламповые, транзисторные, на микросхемах и комбинированные

Техническое наименование РПУ. В состав информации входят все классификационные элементы.

Пример1: Самолетный, связной, телефонно-телеграфный, амплитудный, сетевой, супергетеродинный с двукратным преобразованием частоты радиоприемник на полупроводниковых приборах, диапазонов СВ и КВ.

Пример2: Автомобильный, монофонический, амплитудный супергетеродинный, сетевой радиоприемник звукового вещания, 3 группы сложности на интегральных микросхемах диапазонов СВ и КВ.

 

1.2 Краткая историческая справка

Эволюция совершенствования структурной схемы РПУ.

– Детекторный радиоприемник – грозоотметчик А. С. Попов, 7 мая 1895 г.

– Детекторный радиоприемник телеграфный П. Н. Рыбкин, декабрь 1899 г.

– Радиоприемник прямого усиления на электронных лапах 1915 г.

– Супергетеродинный радиоприемник Амстронг, 1918 г. с 1930 г. – основной тип на электронных лампах.

Этапы развития РПУ по элементной базе.

– Первое поколение – детекторные безламповые РПУ;

– Второе поколение – ламповые РПУ с 1906 г.;

– Третье поколение – РПУ на дискретных полупроводниковых приборах с 1948 г.;

– Четвертое поколение – РПУ на микросхемах.

Решаемые проблемы радиоприема.

– Помехозащищенность

– Освоение миллиаметровых и дециметровых волн – развитие оптоэлектроники

– Повышение надежности работы РПУ

– Миниатюризация радиоаппаратуры

– Освоение новых методов обработки сигнала

Условные графические обозначения функциональных электрических схем радиоприемных устройств

Лекция № 2

Тема лекции:

«Основные поняти схемотехники и архитектуры устройств приема и обработки сигналов (УПОС)»

 

План лекции

2.1 Радиоприемник супергетеродинного типа.

2.2 Сигналы и помехи при радиоприеме

2.3 Алгоритм проектирования структурной схемы РПУ

 

Литература

1. Хольний В. Я. Конспект лекций ("Устройства приема и обработки сигналов" и "Альбом рисунков и таблиц к конспекту лекций по дисциплине Устройства приема и обработки сигналов ") Кривой Рог: КК НАУ, 2012 – 56с.
2. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.

1. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.

1. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
2. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

Содержание лекции

Радиоприемник супергетеродинного типа

  Рис. 2.1 Структурная схема супергетеродинного приемника АМС – Ее архитектура соответствует обобщенной структурной схеме: РК, Д, УМС, ВСУ.

Сигналы и помехи при радиоприеме

Помеха – электрическое колебание, вызывающее через ВУ дополнительный эффект в виде звука или света, затрудняющий получение безошибочной… АМС. Классификация и характеристика помех (таблица 3). – В зависимости от временных и спектральных свойств помехи делят на 3 группы: квазигармонические, импульсные и…

Алгоритм проектирования структурной схемы РПУ

Результат расчета. Исполняется структурная схема РПУ. Последовательность логических операций. – Выбирают с обоснованием тип структурной схемы РПУ и определяют кратность преобразования частоты.

Лекция № 3

Тема лекции:

«Показатели и характеристики качества работы УПОС и задачи их контроля»

 

План лекции

3.2 Техническая эксплуатация радиоприемника 3.3 Проверка технического состояния радиоприемника (РП) в лабораторных… 3.4 Алгоритм поиска отказавшего каскада в супергетеродинном радиоприемнике

Содержание лекции

Показатели и характеристики РПУ

Определение. Показатели – величины обеспечивающие количественную оценку свойствам сложного объекта.

Применение показателей: оценка работоспособности и сравнения свойств объектов, исходные условия для проектирования.

Классификация и характеристика показателей (таблица 4-8)

– Электрические показатели.

– Конструктивно-эксплуатационные показатели

– Производственно-экономические показатели: стоимость, сроки разработки, размер партии, серийность, вид технологического процесса, сроки морального износа, соответствие мировым стандартам, степень унификации.

Техническая эксплуатация радиоприемника

Основные понятия и определения

Техническое обслуживание (ТО) – это комплекс работ и организационных мероприятий по обеспечению исправного состояния ПРУ на этапах транспортировки, хранения и применения по назначению.

Составные части ТО: опознание, оценка технического состояния, восстановление функционирования и работоспособности, профилактика, документация, охрана труда и экология.

Техническая эксплуатация(ТЭ) – это ТО и умение применять РПУ по назначению.

Виды технического состояния. Критерии оценки.

– Отказ – это событие, при котором РПУ не выполняет свою функцию. Критерий: , не воспроизводится сигнал.

– Работоспособность – то состояние РПУ, при котором оно выполняет свою функцию с заданной точностью в стандартных условиях. Критерий: , , , , , , , , , , .

– Функционирование – это состояние, при котором РПУ выполняет свою функцию, но не обеспечивает необходимую точность. Критерий , воспроизводится сигнал, но один или группа электрических показателей не удовлетворяет нормативным требованиям.

– Исправность – это работоспособное состояние в реальных условиях эксплуатации РПУ работоспособно при изменении параметров внешней среды и питающего напряжения в заданных пределах, определяемых нормативной документацией. Состояния ранжированы: исправность – работоспособность – функционирование – отказ. При добавлении приставки "не" означает, что РПУ находится в одной из низших состояний по уровню.

Проверка технического состояния радиоприемника (РП) в лабораторных условиях

Оборудование лаборатории.

– Экранированная комната.

– Рабочее место оператора. Специальный стол с наклонной нишей, в которой размещены:

· комплекс измерительной техники;

· стабилизированные источники постоянного и переменного тока с различными значениями номинальных напряжений;

· кабели для подключения к РП элементов стенда;

· инструмент и принадлежности.

Алгоритм контроля функционирования.

– Подключают к РП необходимые средства в соответствии со структурной схемой (рисунок 4)

– Подготавливают к применению ГВЧ (АМС): , , , . Оценивают его функционирование.

– Подготавливают к применению В1 и В2: выбирают предел, включают питание, оценивают функционирование.

– Подготавливают к применению ИГ: предел, питание, калибровка.

– Подготавливают к применению ИП: включают питание, контролируют и при необходимости корректируют значение питающего напряжения, добиваясь номинала.

– Подготавливают к применению РП ( ): , (ручной регулятор громкости), АРУ – вкл (автоматическая регулировка усиления), оценивают функционирование по критерию .

– Оценивают функционирование лабораторной установки по наличию тонального звука в Т (телефонах) на частоте 1000 Гц.

Алгоритм контроля работоспособности по заданному показателю.

– Оценивают функционирование лабораторной установки на рабочей частоте настройки РП.

– Определяют фактический показатель по заданной технологии

– Выписывают из паспорта РП значение нормативного показателя

– Оценивают работоспособность РП, используя известный критерий.

– Оценивают работоспособность по группе электрических показателей, указанных в технологии проверки технического состояния РП.

 

Алгоритм поиска отказавшего каскада в супергетеродинном радиоприемнике

РП в состоянии отказа: , , , , , , . – Последовательность операций (рисунок 3 таблица 1) ТСЧ( )→да

Алгоритм поиска неработоспособного каскада в супергетеродинном радиоприемнике

Исходные условия. РП неработоспособен по одному или группе показателей.

Последовательность операций.

– Выписывают группу показателей, по которым РП не работоспособен.

– Для каждого показателя выписывают наименование каскадов, которые определяют его назначение (таблицы 4-7).

– Проверяют этот показатель для каждого выделенного каскада

– Восстанавливают работоспособность каскада

Лекция № 4,5

Тема лекции:

«Устройства линейного тракта приемника»

 

План лекции

4.1 Входные цепи (ВЦ).

4.2 Усилители сигнальной частоты (УСЧ)

4.3 Усилители промежуточной частоты (УПЧ)

 

Литература

1. Хольний В. Я. Конспект лекций ("Устройства приема и обработки сигналов" и "Альбом рисунков и таблиц к конспекту лекций по дисциплине Устройства приема и обработки сигналов ") Кривой Рог: КК НАУ, 2012 – 56с.
2. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
3. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.
4. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
5. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

 

Содержание лекции

Входные цепи (ВЦ)

Назначение. Обеспечивает преимущественное усиление радиосигнала на несущей частоте передатчика . Критерий функционирования: Решаемые задачи: качественное усиление (преимущественно на частоте ), избирательность по удаленным помехам,…

Усилители сигнальной частоты (УСЧ)

Назначение. Обеспечение преимущественного усиления радиосигнала на несущей частоте fс. Критерии функционирования: Решаемые задачи: качественное усиление РС, обеспечение помехозащищенности, диапазонность, обеспечение устойчивой и…

Усилители промежуточной частоты (УПЧ)

Назначение. Преимущественное усиление РС на промежуточной частоте. Критерий функционирования: . Решаемые задачи: качественное усиление РС на промежуточной частоте избирательность по соседней помехе, обеспечение…

Радиоканал с многократным преобразованием частоты

– Основные - показатели супергетеродина при неизменном количеству каскадов, зависят от значения выбранной промежуточной частоты. – Если промежуточную частоту выбрать повышенной, то: · увеличивается коэффициент избирательности РПУ по зеркальной помехе, т.к. помеха поступает с большей расстройкой…

Амплитудные детекторы (АД)

АД – четырехполюсник

1. Назначение. АД преобразует радиосигнал амплитудной модуляции в напряжение звуковой частоты, при сохранении закона модулирующего колебания.

2. Критерий функционирования АД: , при

Средства контроля: электронный осциллограф, головные телефоны

3. Решаемые задачи: качественное преобразование амплитудно-модулированного напряжения в напряжение звуковой частоты, усиление сигнала звуковой частоты, минимальная потребляемая мощность от возбудителя, фильтрация колебаний промежуточной частоты.

4 Показатели каскада. Критерии его работоспособности.

– Коэффициент усиления по напряжению

 

– Коэффициенты частотных искажений на верхней и нижней звуковых частотах

,

– средняя звуковая частота.

– Коэффициент гармоник

 

– Входное сопротивление каскада для несущей PC

 

– Коэффициент фильтрации несущей PC

 

Структурная схема (рис.21,а).

– Структурные элементы АД.

ПЭ - преобразовательный элемент (VD,VT) формирует токи комбинационных составляющих из несущей и боковых составляющих AMC:

ФНЧ - фильтр нижних частот обеспечивает преимущественную Передачу напряжения комбинационных составляющих разностной частоты первых гармонгк несущей и боковых АМС, лежащих в диапазоне звуковик частот:

ИП - источник питания обеспечивает мощность постоянного тока, если в качестве ПЭ применен транзистор.

- элемент связи АД в УПЧ служат для ослабления влияния входного сопротивления АД на показания УПЧ.

- элемент связи АД с УЗЧ позволяет ослабить влияния входного сопротивления У34 на показатели АД.

УПЧ - возбудитель.

УЗЧ - потребитель.

Варианты АД.

– Классификация АД:

· По типу ПЭ : диодные или транзисторные;.

· По способу соединения основных элементов АД (В - ПЭ- ФНЧ): последовательный или параллельный;

· По элементной базе: дискретный или на микросхеме.

– Наименование каскада. В состав информации входит назначение каскада (АД) и его классификационные элементы.

 

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АД НА ДИОДЕ С ДИСКРЕТНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

(базовый вариант)

Схема каскада (рис.21 ,г).

Алгоритм исполнения схемы. В состав схемы входит две взаимосвязанных электрических цепи:

– ЭЦ I_д.- электрическая цепь тока диода: B(УПЧ)-ПЭ(VD)-ФНЧ ;

– ЭЦ I_н- электрическая цепь тока нагрузки: ФНЧ -m2(С_р)- УЗЧ .

Опознавание каскада на схеме:

– место подключения (назначение): УПЧ-АД-УЗЧ;

– структурные элементы: m1- , ПЭ-VD, ФНЧ- , m2-C_p, ;

– способ соединения основных элементов - последовательный: УПЧ- VD- ;

– элементная база дискретная.

Наименование каскада формируется из выше перечисленных компонентов.

Проверка технического состояния в лабораторных условиях осуществляется по технологии в соответствии с критериями П2 и 4 АД - четырехполюсник.

Анализ состояния функционирования каскада.

– Принцип детектирования АМС. Результаты обработки АМС элементами и цепями в каскаде приведены (рис. 21) в виде эпюр:

· при воздействии немодулированного колебания на (рис. 21 ,в);

· при входном модулированном сигнале на (рис.21, д).

Назначение и критерии функционирования цепей : -электрическая цепь тока диода ЭЦIд (УПЧ- ) обеспечивает преобразование немодулированного колебания в постоянное напряжение или АМС пульсирующее напряжение звуковой частоты ,критерий ее функционирования:

; или ;

· электрическая цепь тока нагрузки ЭЦIн выделяет переменную .составляющую из пульсирующего напряжения на звене фильтра ,критерий ее функционирования .

Алгоритм поиска отказавшей цепи.

– Исходные условия. АД в состоянии отказа

– Виды отказа: обрыв (режим ХХ) или КЗ в одной из цепей.

– Последовательность операций:

· выясняют вид отказа: при подключении возбудителя при КЗ;

· в режиме К.З. последовательно размыкают электрические цепи, начиная с выхода до получения результата ;

· в режиме х. х. проверяют цепи со входа на выход:

ЭЦIд

ЭЦI_н

Анализ показателей каскада.

– Эквивалентная схема (рис. 21,6).

· Состав:

а. диод как идеальный вентиль с параллельно подключенными эквивалентными параметрами электронно-дырочного перехода ;

б. нагрузка (R_h), как эквивалентное сопротивление параллельно включенных ;

в. емкость фильтра (С_н) как эквивалентная для параллельно включенных

· Применение. Для анализа показателей каскада.

– Коэффициент усиления по напряжению:

. При

.Реально

– Входное сопротивление АД:

.

При умеренном шунтировании ПФ УПЧ вводным сопротивлением АД

 

Обычно

– Коэффициент гармоник каскада.

· Нелинейные искажения в АД вносит диод VD, так как имеет нелинейную ВАХ.

· При правильно - выбранном режиме работы VD можно звуковой частоты , критерий ее функционирования или ;

 

электрическая цепь тока нагрузки ЭЦIн( выделяет переменную составляющую из пульсирующего напряжения на звене фильтра ( ),критерий ее функционирования .

– Алгоритм поиска отказавшей цепи.

· Исходные условия. АД в состоянии отказа

· Виды отказа: обрыв (режим Х.Х.) или К.З. в одной из цепей.

· Последовательность операций:

а. выясняют вид отказа: при подключении возбудителя при к.з.;

б. в режиме к.з. последовательно размыкают электрические цепи, начиная с выхода до получения результата ;

в. в режиме х. х. проверяют цепи со входа на выход:

ЭЦIд( ) да

ЭЦIд( ) да

4. Анализ показателей каскада.

– Эквивалентная схема (рис. 21,б);

· Состав:

а. диод как идеальный вентиль с параллельно подключенными эквивалентными параметрами электронно-дырочного перехода ;

б. нагрузка ( ), как эквивалентное сопротивление параллельно включенных ;

в. емкость фильтра ( ) как эквивалентная для параллельно включенных

· Применение. Для анализа показателей каскада.

– Коэффициент усиления по напряжению

 

 

– Входное сопротивление АД

При умеренном шунтировании ПФ УПЧ входным сопротивлением АД

Обычно

– Коэффициент гармоник каскада

· Нелинейные искажения в АД вносит диод VD, так как имеет нелинейную ВАХ

· При правильно выбранном режиме работы VD можно обеспечить линейное детектирование, т е. добиться ) (рис.21,н)

· Режим работы VD зависит от :

а. параметров входного радиосигнала (рис.21,е,ж,з)

 

б. постоянной времени звена фильтра (рис. 21, к.л) ;

в. - входного сопротивления каскада УЗЧ (рис 21,м,н)

 

· Для обеспечения режима линейного детектирования предусматривается:

а. входной радиосигнал с достаточной амплитудой напряжения несущей , с учетом коэффициента модуляции

;т=100% - диод вносит нелинейные искажения ;

б. выбор емкости С_ф с учетом безинерционности работы звена фильтра ():

; обычно .

в. увеличение входного сопротивления УЗЧ из условия благодаря использованию в УЗЧ: полевого транзистора, ЭП, последовательной ООС в каскаде на биполярном транзисторе. Если первый каскад УЗЧ на биполярном транзисторе без ООС, то в состав АД подключают разделенный фильтр, при этом коэффициент усиления АД по напряжению уменьшается

 

– Коэффициенты частотных искажений каскада,

· На нижней звуковой частоте

 

обычно

· На верхней звуковой частоте

 

– Коэффициент фильтрации для колебаний промежуточной частоты.

 

При использовании разделенного фильтра

 

Фильтрация улучшается за счет П-образного ФНЧ 5.

Применение. В РПУ с повышенной надежностью, малыми габаритными размерами, если на зажимах возбудителя постоянное напряжение равно нулю, в качестве детектора АМС, в составе частотного и фазового детекторов, в цепях автоматических регулировок РПУ и в цепях контроля технического состояния и настройки, в измерительной технике (квадратичные вольтметры).

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ АД НА ДИОДЕ С ДИСКРЕТНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Структурная схема каскада(рис.22,б).

– Схема соединения основных элементов параллельная В (УПЧ) | | ПЭ | | ( УО ) | | Н ( ).

– Цепи каскада:

· -ЭЦ (УПЧ ) – электрическая цепь тока диода;

· -ЭЦ ( ) – электрическая цепь тока фильтра;

· -ЭЦ ( ) – электрическая цепь тока нагрузки.

Анализсостояния функционирования каскада.

– Принцип детектирования АМС .

Результаты обработки АМС элементами и цепями приведены на рис.22 в виде эпюр:

· при воздействии немодулированного колебания на (рис.22,а);

· при входном модулированном сигнале на (рис.22,в).

– Назначение и критерии функционирования цепей:

· ЭЦI_д преобразует исходное колебание в импульсное, критерий функционирования

· ЭЦ выделяет постоянную составляющую напряжения т импульсного при воздействии немодулированного колебания или пульсирующее напряжение звуковой частоты при входном модулированном сигнале, критериями ее функционирования являются соответственно результаты ;

· ЭЦI_н выделяет составляющую напряжения звуковой частоты, при воздействии АМС, из пульсирующего напряжения звуковой частоты, приложенного к ; критерием функционирования служит результат

 

– Алгоритм поиска отказавшей цепи имеет полную аналогию с последовательным АД на диоде.

Сопоставление свойств с базовым вариантом.

– Выполняет функцию при наличии на зажимах возбудителя переменного напряжения и пульсирующего(апериодический УПЧ).

– Имеет меньшее входное сопротивление, поэтому оказывает большее влияние на показатели УПЧ .

 

– Содержит в составе большее количество элементов.

Применение.

– В качестве АД АМС, если на зажимах возбудителя действует не только переменное, но и постоянное напряжение.

– В составе АРУ как выпрямитель напряжения АМС и в измерительной технике.

 

АМПЛИТУДНЫЙ ДЕТЕКТОР НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ В СОСТАВЕ МИКРОСХЕМЫ.

Принцип формирования схемы (рис. 22,г).

– Принцип исполнения схемы АД на дискретных элементах такой же как резисторного каскада УПЧ на транзисторе с ОЭ, однако к участку коллектор - корпус подключен конденсатор фильтра .

– Выбрана микросхема, выполняющая функции АД (рис.14.3)

– Выполнены необходимые подключения элементов в составе микросхемы на основе дискретной схемы АД по алгоритму формирования схемы УПЧ (рис. 11,ж).

 

Электрические процессы в цепях при детектировании АМС

– Исходный нелинейный режим работы задается транзистору малым прямым напряжением смешения на его базу с помощью делителя , т е. ТИР выбирается на нижнем изгибе проходной ВАХ VT. При .

– Динамика процесса: Под воздействием входного АМС с параметрами, при котором достигается режим линейного детектирования, в коллекторной цепи транзистора протекает импульсный ток промежуточной частоты, амплитуда которого изменятся во времени по закону модуляции. Ток содержит три составляющие:

· постоянную, которая замыкается через участок цепи источника питания;

· переменную звуковых частот, которая протекает через участок входного сопротивления каскада УЗЧ;

· переменные составляющие промежуточной частоты и ее гармоники, которые замыкаются через участок С_к.

При этом

Сопоставление свойств с базовым вариантом.

– Обеспечивает усиление сигнала звуковой частоты ,

– Каскад имеет худшие качественные показатели, так как вносит большие нелинейные искажения.

– Каскад оказывает большее влияние на показатели УПЧ, так как имеет меньшее значение входного сопротивления, которое зависит от амплитуды входного сигнала.

Применение. В малогабаритных простейших экономичных РПУ с низкими качественными показателями в качестве АД АМС и детектора АРУ.

 

ОПОЗНАВАНИЕ МИКРОСХЕМЫ АД.

Осуществляется по буквенному коду второго элемента обозначения микросхемы (рис. 13):

ДА - амплитудный детектор;

ХА (ЖА)- многофункциональная микросхема, в составе которой предусмотрен АД (рис. 14.3).

 

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА АД.

Исходные условия. Дано: принципиальная схема и основные показатели каскада, эквивалентное сопротивление ПФ УПЧ, параметры АМС, входное сопротивление первого каскада УЗЧ.

Результаты расчета. Определены режим работы ПЭ и значения параметров элементов, выбранных по ГОСТ.

Последовательноть логических операций.

– Выбирают тип ПЭ:

· диод по крутизне, допустимому обратному напряжению и предельной частоте выпрямления;

· транзистор по крутизне, предельной частоте усиления по току, с учетом полярности источника питания.

– Рассчитывают значения из условия допустимого шунтирования ПФ УПЧ. При необходимости уменьшают значение .

– Определяют значение коэффициента усиления по напряжению.

– Рассчитывают значения емкости конденсатора фильтра из трех условий: инерционности работы, допустимых частотных искажений на верхней звуковой частоте и фильтрации колебаний промежуточной частоты. Выбирают по ГОСТ меньшее из трех значений.

– Корректируют вариант первого каскада УЗЧ или применяют

– разделенный фильтр в составе АД из условия

– Находят значения емкости разделительного конденсатора из условия допустимых частотных искажений на нижней звуковой частоте.

– Вычисляют параметры элементов АД на транзисторе, определяющих режим его работы по постоянному и переменному току.

– Сводят информацию по рассчитанным элементам в таблицу спецификация.

 

Лекция № 8

Тема лекции:

«Регуляторы уровня и частоты»

 

План лекции

8.1 Общие сведения

8.2 Ручные регуляторы громкости - РРГ

8.3 Ручные регуляторы усиления – РРУ

8.4 Автоматические регуляторы усиления (АРУ)

 

Литература

1. Хольний В. Я. Конспект лекций ("Устройства приема и обработки сигналов" и "Альбом рисунков и таблиц к конспекту лекций по дисциплине Устройства приема и обработки сигналов ") Кривой Рог: КК НАУ, 2012 – 56с.
2. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
3. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.
4. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
5. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

 

Содержание лекции

Общие сведения

РУ-четырехполюсник

Назначение. РУ служит для изменения коэффициента усиления радиоприемника .

Критерий функционирования РУ: при .

Решаемые задачи. РУ – вспомогательное устройство РПУ, позволяющие расширить его технические возможности. С его помощью можно решать следующие задания: изменять выходную мощность, а значит и громкость сигнала; уменьшать нелинейные искажения при мощном входном сигнале восстанавливать работоспособность РПУ по реальной чувствительности, если в процессе эксплуатации она не удовлетворяет нормативному требованию; стабилизировать выходное напряжение при колебаниях амплитуды мощной ЭДС радиосигнала на входе радиоприемника

 

 

Требования к показателям. Критерии работоспособности.

– Коэффициент регулирования усиления.

 

– Стабильность других показателей РП.

 

– Обеспечение заданного закона регулирования усиления при воздействии на его исполнительное звено (линейного, логарифмического или показательного) в зависимости от решаемой задачи.

– Малые габаритные размеры и масса:

– Повышенная надежность в работе -

Варианты РУ

– Классификация.

· По способу управления: ручные и автоматические.

· По месту подключения: PK-регуляторы усиления; ТЗЧ регуляторы громкости.

· По способу изменения усиления: изменением затухания, смешения, ООС или комбинированным способом.

– Наименование. В состав информации входят все классификационные элементы.

 

Ручные регуляторы громкости - РРГ

Место подключения-ТЗЧ.

Решаемые задачи: позволяет изменять выходную мощность, а значит громкость сигнала и уменьшает нелинейные искажения при сильном входном радиосигнале

 

Варианты, схема подключения и применение.

– РРГ изменением затухания (рис.23,а).

– РРГ изменением ООС (рис.23,б).

 

Ручные регуляторы усиления - РРУ

Решаемая задача. Позволяет восстановить работоспособность РПУ по реальной чувствительности, если она не удовлетворяет нормативному требованию. Варианты. – РРУ изменением смещения.

Лекция № 9

Тема лекции:

«Радиоприемники ОПС (однополосных сигналов)»

 

План лекции

9.1 Общие сведения ОПС

9.2 Характеристика радиоприемника

 

Литература

1. Хольний В. Я. Конспект лекций ("Устройства приема и обработки сигналов" и "Альбом рисунков и таблиц к конспекту лекций по дисциплине Устройства приема и обработки сигналов ") Кривой Рог: КК НАУ, 2012 – 56с.
2. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
3. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.
4. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
5. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

 

Содержание лекции

Общие сведения об ОПС

Спектральный состав однополосного сигнала

ОПС формируется из АМС путём:

– подавления одной боковой полосы и ослаблением несущей однополосного сигнала с пилот-сигналом (ОПС ПС);

– подавлением одной боковой полосы и несущей – однополосный сигнал (ОПС).

Преимущества радиосвязи с помощью ОПС.

– В заданном радиотехническом диапазоне можно разместить в 2 раза больше каналов связи, так как

2Ш_{с ОПС} = Ш_{с АМС}

– Улучшаются энергетические показатели РПДУ:

· излучаемая мощность увеличивается в 8-10 раз при более высоком КПД;

· не потребляется мощность от источника питания в период пауз, а они составляют до 70% рабочего времени.

– Повышается помехозащищённость связи:

· больше излучаемая мощность РПДУ и уже полоса пропускания РПДУ;

· не появляются замирания и интерференционные помехи при отсутствии несущего колебания.

 

Характеристика радиоприемника

– обеспечить высокие электрические показатели при узкой полосе пропускания; – восстановить несущее колебание с высокой точностью по частоте; – уменьшить нелинейные искажения сигнала в АД при детектировании колебания биений;

Лекция № 10

Тема лекции:

«Радиоприемники ЧМС (частотно- модулированных сигналов)»

 

План лекции

10.1 Общие сведения об ЧМС

10.2 Характеристика радиоприемника

10.3 Автоматическая подстройка частоты (АПЧ)

 

Литература

1. Хольний В. Я. Конспект лекций ("Устройства приема и обработки сигналов" и "Альбом рисунков и таблиц к конспекту лекций по дисциплине Устройства приема и обработки сигналов ") Кривой Рог: КК НАУ, 2012 – 56с.
2. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
3. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.
4. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
5. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

 

Содержание лекции

Общие сведения об ЧМС

Определение. ЧМС - радиосигнал, частота которого изменяется во времени по закону модуляции (рис 29,а).

Алгоритм формирования ЧМС (рис.29, а).

Уравнение ЧМС при тональной модуляции (рис.29, б).

Параметры ЧМС (рис 29,а).

Спектр. ЧМС является сложным PC, так как его период изменяется во времени. Он содержит спектр частот (рис. 29, в).

– При модуляции гармоническим колебанием в состав ЧМС входит несущее колебания с частотой f_н и бесконечное число пар боковых составляющих с частотами f_н nF с увеличением номера боковой составляющей её амплитуда уменьшается

– Ширина спектра ЧМС определяется как частотный интервал между крайними боковыми составляющими, амплитуда которых не меньше 5% от амплитуды несущей. Номер этой составляющей равен индексу частотной модуляции, округлённому по значению до ближайшего большего числа

Ш_с =2F(1+m_чм).

· При формировании узкополосного сигнала m_чм<<1, Ш_с=2F.

· При формировании широкополосного сигнала m_чм >> 1

Ш_с=2F * m_чм =2F∆ f₂ /F=2∆f_m=f_max-f_min

Применение ЧМС.

– В радиоканалах связи с повышенной помехозащищённостью:

· РПДУ ЧМС обеспечивает большую излучаемую мощность, чем АМС, так как боковые составляющие имеют большую мощность при неизменной амплитуде;

· РПУ ЧМС способен подавлять помехи амплитудной модуляции благодаря применению двустороннего амплитудного ограничителя.

– Радиосвязь с использованием ЧМС даёт существенные преимущества в диапазонах MB и ДМВ, так как каждый канал занимает широкую полосу

(III_с ≥250 кГц).

– С помощью ЧМС решаются разнообразные задачи в радиовещании, радиосвязи, радиолокации и радионавигации.

Характеристика радиоприемника

Особенности условий работы. – Обрабатывает ЧМС: · необходимо обеспечить высокие электрические показатели, особенно помехозащищенность по внутреннему шуму при широкой…

Лекция № 11

Тема лекции:

«Радиоприемники ИС (импульсных сигналов)»

 

План лекции

11.1 Общие сведения об ИС

11.2 Характеристика аналогового приемника панорамной РЛС

11.3 Расчет основных показателей радиоприемника ИС

 

Литература

1. Хольний В. Я. Конспект лекций ("Устройства приема и обработки сигналов" и "Альбом рисунков и таблиц к конспекту лекций по дисциплине Устройства приема и обработки сигналов ") Кривой Рог: КК НАУ, 2012 – 56с.
2. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
3. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.
4. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
5. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

Содержание лекции

Общие сведения об ИС

Определение. ИС – периодическая последовательность прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой, длительностью(рис.38, а).

Параметры и спектр радиосигнала (рис. 38,б,в).

Применение. В радиолокационных системах (РЛС), которые позволяют получить информацию об удаленных объектах в воздухе и на земле, путем приема отраженных электромагнитных волн, содержащих данные об их типе и координатах. С помощью РЛС решаются задачи управления воздушным движением на всех его этапах. Они позволяют получить информацию об окружающей обстановке, координатах ВС и удаленных объектах. На борту ВС устанавливается:метеонавигационная радиолокационная станция (РЛС) ; бортовой самолетный ответчик (СО) , доплеровский измеритель скорости и угла сноса (ДИСС), радиовысотометр (РВ), самолетный радиодальнометр (СД). Работу системы УВД на земле в свою очередь обеспечивают: РЛС трассовые обзорные (ОРЛ-Т), РЛС трассовые и аэроузловые (ОРЛ-ТА), аэродромные обзорные (ОРЛ-А), посадочные (ПРЛ), материологические (МРЛ).

Особенности РЛС.

– Как правило автономность канала.

– Радиоканал обрабатывает сигнал в диапазоне СМВ (λ=10…1см,ƒ=3-30ГГц).

– Большой динамический диапазон сигналов:

· десятки кВт в импульсе при излучении;

· тысячные доли микроват при приеме.

– Широкая полоса частоты радиоканала связи (при τ_u=1 мкс, Ш = 2 МГц).

– Повышенная реальная чувствительность РПУ и помехозащищенность.

– Высокая информативность.

– Использование аналоговых сигналов и с цифровым кодированием.

– Эксплуатация в жестких условиях.

Характеристика аналогового приемника панорамной РЛС

Структурная схема (рис.38,г). – Радиоприемник выполняется по супергетеродинной схеме с однократным или… – Особенности схемы относительно типовой супергетеродина АМС.

Расчет основных показателей радиоприемника ИС

– Постоянная Больцмана К=1.38*10-23 Вт/˚СГц

Лекция № 12

Тема лекции:

«Причини внедрения цифровой обработки сигналов в технику радиоприема»

 

План лекции

12.1 Причини внедрения цифровой обработки сигналов в технику радиоприема

12.2 Выводы о преимущества цифровой обработки радиосигнала перед аналоговой

Литература

1. Побережский Е. С. Цифровые радиоприемные устройства. – М.: Радио и связь, 1987г. – 184 с.

2. Интернет

Содержание лекции

Причини внедрения цифровой обработки сигналов в технику радиоприема

Рост интенсивности обмена информацией вызывает увеличение насыщенности средствами связи. Поэтому снижение массы, габарита и стоимости радиоприемной… Наибольшее снижение массогабаритных показателей и стоимости радиоприемной… Высокая концентрация радиотехнических средств требует автоматизации контроля и управления работой радиоприемных…

Выводы о преимущества цифровой обработки радиосигнала перед аналоговой

· стабильность параметров обработки. Если стабильность частоты настройки и в аналоговых приемниках с синтезаторами частоты достаточно высока, то характеристики смесителей, фильтров и демодуляторов изменяются от времени и температуры;

· возможность автоматической адаптации к условиям приема и характеру сигнала, состоящей в оптимизации структуры, характеристик и параметров приемника и всех устройств, входящих в приемный комплекс;

· способность работать как с традиционными, так и с новыми видами модуляции, с кодированными сигналами и сигналами с временным и частотным уплотнением каналов при приемлемых масса/габариты/стоимость показателях (при чисто аналоговой обработке эти показатели катастрофически возрастают при усложнении модуляции);

· сокращение времени настройки, возможность работы с прыгающей частотой за счет новых подходов к построению гетеродина (синтезатора частоты), получения за счет цифровой обработки сигнала ПЧ с широкой полосой панорамы спектра диапазона принимаемых частот и цифрового анализа этого спектра;

· многоканальность с идентичными характеристиками каналов. Реализация принципа: один приёмник - много каналов приёма,

· возможность мониторинга спектра принимаемых частот. Эта функция реализовывалась с помощью дорогостоящих панорамных приставок. При цифровой обработке радиосигнала функция мониторинга спектра реализуется сигнальными процессорами с помощью БПФ различной длины и статистической обработки спектра;

· новые возможности при встраивании приемника в вычислительный обрабатывающий комплекс. Если ранее аналоговые приемники могли лишь управляться от компьютера (перестройка частоты, управление усилением и фильтрами, выбор демодулятора), то теперь в компьютер вводится цифровой поток данных из приемника, предназначенный для дальнейшей обработки и/или запоминания. Сам же приемник может быть выполнен в виде модуля, встраиваемого в крейт вычислительного комплекса или ПЭВМ;

· снижение массы, габаритов и схемотехническое упрощение, и, как следствие, существенное повышение надежности;

· снижение цены по сравнению с аналоговым приемником из-за большей технологичности и небольшого количестве и невысокой цены компонентов при массовом производстве.

 

Лекция № 13

Тема лекции:

«Общие сведения про цифровое радиоприемное устройство»

 

План лекции

13.1 Цифровой радиоприем

13.2 Формирование сигналов

13.3 Методы и технологии обработки сигналов

13.4 Обработка аналоговых и цифровых сигналов

13.5 Пример реализации

 

Литература

1. Побережский Е. С. Цифровые радиоприемные устройства. – М.: Радио и связь, 1987г. – 184 с.

2. Интернет

Содержание лекции

Цифровой радиоприем

Цифровая обработка сигнала в приёмных системах может быть использована с того места радиотракта, где частота сигнала понижается настолько, чтобы… Структура цифрового приемника:  

Формирование сигналов

Другой пример - это искусственно синтезируемые музыка и речь. В действительности, при генерации физических аналоговых сигналов с использованием…  

Методы и технологии обработки сигналов

Что касается DSP, то главное отличие его от традиционного компьютерного анализа данных заключается в высокой скорости и эффективности выполнения… Термин "комбинированная обработка сигналов" подразумевает, что… Недавние успехи технологии создания микросхем с очень высокой степенью интеграции (VLSI) позволяют осуществлять…

Обработка аналоговых и цифровых сигналов

Рис. 13.3 Способы обработки сигналов. Поскольку АЦП перемещен ближе к датчику, большая часть обработки аналогового… При наличии современных технологий производства ЦАП и АЦП с высокими частотами дискретизации и разрешающими…

Пример реализации

В качестве примера использования DSP сравним аналоговый и цифровой фильтры низкой частоты (ФНЧ), каждый с частотой среза 1 кГц.

Цифровой фильтр реализован в виде типовой цифровой системы, показанной на рис. 1.4. Обратите внимание, что в диаграмме принято несколько неявных допущений. Во -первых, чтобы точно обработать сигнал, принимается, что тракт АЦП/ЦАП обладает достаточными значениями частоты дискретизации, разрешающей способности и динамического диапазона. Во -вторых, для того, чтобы закончить все свои вычисления в пределах интервала дискретизации (1/f_s), устройство ЦОС должно иметь достаточное быстродействие. В -третьих, на входе АЦП и выходе ЦАП сохраняется потребность в аналоговых фильтрах ограничения и восстановления спектра сигнала (anti-aliasing filter и anti -imaging filter), хотя требования к их производительности невелики. Приняв эти допущения, можно сравнить цифровой и аналоговый фильтры.

 

Рис. 13.4 Структурная схема цифрового фильтра.

 

Требуемая частота среза обоих фильтров - 1 кГц. Аналоговое преобразование реализуется фильтром Чебышева первого рода шестого порядка (характеризуется наличием пульсаций коэффициента передачи в полосе пропускания и отсутствием пульсаций вне полосы пропускания). Его характеристики представлены на рис. 1.5. На практике этот фильтр может быть представлен тремя фильтрами второго порядка, каждый из которых построен на операционном усилителе и нескольких резисторах и конденсаторах. С помощью современных систем автоматизированного проектирования (САПР) фильтров создать фильтр шестого порядка достаточно просто, но чтобы удовлетворить техническим требованиям по неравномерности характеристики 0,5 дБ, требуется точный подбор компонентов.

Представленный же на рис 1.4 цифровой КИХ-фильтр со 129 коэффициентами имеет неравномерность характеристики всего 0,002 дБ в полосе пропускания, линейную фазовую характеристику и намного более крутой спад. На практике такие характеристики невозможно реализовать с использованием аналоговых методов. Другое очевидное преимущество схемы состоит в том, что цифровой фильтр не требует подбора компонентов и не подвержен дрейфу параметров, так как частота синхронизации фильтра стабилизирована кварцевым резонатором. Фильтр со 129 коэффициентами требует 129 операций умножения с накоплением (MAC) для вычисления выходного отсчёта. Эти вычисления должны быть закончены в пределах интервала дискретизации 1/fs, чтобы обеспечить работу в реальном масштабе времени. В этом примере частота дискретизации равна 10 кГц, поэтому для обработки достаточно 100 мкс, если не требуется производить существенных дополнительных вычислений. Семейство DSP ADSP-21xx может закончить весь процесс умножения с накоплением (и другие функции, необходимые для реализации фильтра) за один командный цикл. Поэтому фильтр со 129 коэффициентами требует быстродействия более 129/100 мкс = 1,3 миллиона операций с секунду (MIPS). Существующие DSP имеют намного большее быстродействие и, таким образом, не являются ограничивающим фактором для этих приложений. Быстродействие серии 16-разрядных ADSP-218x с фиксированной точкой достигает 75MIPS. На рис. 1.6 приведен ассемблерный код, реализующий фильтр на DSP процессорах семейства ADSP-21xx. Обратите внимание, что фактические строки исполняемого кода помечены стрелками; остальное - это комментарии.

 

Рис. 13.5 Амплитудно-частотные характеристики фильтров

 

На практике имеется много других факторов, рассматриваемых при сравнительной оценке аналоговых и цифровых фильтров или аналоговых и цифровых методов обработки сигнала вообще. В современных системах обработки сигналов комбинируются аналоговые и цифровые методы реализации желаемой функции и используются преимущества лучших методов, как аналоговых, так и цифровых.

Программа на ассемблере: fir фильтр для adsp-21xx

.MODULE fir_sub;

{ Подпрограмма КИХ фильтра

Параметры вызова подпрограммы

I0 --> Наиболее старые данные в линии задержки

I4 --> Начало таблицы коэффициентов фильтра

L0 = Длина фильтра (N)

L4 = Длина фильтра (N)

M1,M5 = 1

CNTR = Длина фильтра - 1 (N-1)

Возвращаемые значения

MR1 = Результат суммирования (округлённый и ограниченный)

I0 --> Наиболее старые данные в линии задержки

I4 --> Начало таблицы коэффициентов фильтра

Изменяемые регистры

MX0,MY0,MR

Время работы

(N - 1) + 6 cycles = N + 5 cycles

Все коэффициенты записаны в формате 1.15 }

 

.ENTRY fir;

fir: MR=0, MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5)

CNTR = N-1;

DO convolution UNTIL CE;

convolution: MR=MR+MX0*MY0(SS), MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5);

MR=MR+MX0*MY0(RND);

IF MV SAT MR;

RTS;

.ENDMOD;

 

Лекция № 14

Тема лекции:

«Радиовещательные приемники»

 

План лекции

14.1 Общие сведения о радиовещательных приемниках

14.2 Стереофоническое вещание

 

 

Литература

1. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
2. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.
3. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
4. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

 

Содержание лекции

Общие сведения о радиовещательных приемниках

Приемники звукового вещания (радиовещательные) предназначены для приема и воспроизведения звуковых монофонических и стереофонических программ радиовещания. В зависимости от условий эксплуатации такие РПУ подразделяются на стационарные, переносные, автомобильные и миниатюрные (карманные), а по электрическим и электроакустическим параметрам и комплексу потребительских удобств - на четыре группы сложности: 0,1. 2 и 3. В стационарные устройства, такие как радиолы, магнитолы и т.д. радиоприемник входит как составная часть. Питание в приемниках может быть как от сети переменного тока, так и от автономных источников постоянного тока. Получает распространение и блочная компоновка, при которой радиоприемник дополняется отдельными блоками, такими как антенный модуль, контроллер и т.д.

Такие приемники, являющиеся самыми массовыми радиоустроствами, должны обеспечивать прием сигналов в диапазонах ДВ. СВ. КВ. УКВ с различными видами модуляции: АМ, ЧМ, ЧМ-стерео, а в последнее время - и АМ-стерео. Кроме того, они должны, имея достаточно высокие качественные показатели, обладать приемлемой стоимостью. К ним предъявляются и повышенные требования по надежности, поскольку они эксплуатируются неквалифицированными пользователями. Приемники более высокой группы сложности имеют повышенные показатели качества. Например, высококачественные стационарные приемники имеют следующие показатели: чувствительность при отношении C/Ш не менее 26 дБ - не выше 2 мкВ; отношение С/Ш при входном сигнале 1 мВ - не менее 60 дБ; избирательность по зеркальному каналу- не менее 66дБ; диапазон воспроизводимых звуковых, частот при неравномерности 14 дБ - не уже 31,5...15000 Гц; обеспечивается прием как АМ, так и ЧМ сигналов.

Современные радиовещательные приемники, как правило, строят по супергетеродинной схеме. Прямое усиление используется лишь в миниатюрных переносных приемниках с низкими показателями качества. Для одновременного приема АМ и ЧМ сигнал приемник содержит либо два самостоятельных радиотракта, что характерно в основном для приемников высшего и первого класса, либо два отдельных тракта радиочастоты и общий тракт УПЧ. Прием УКВ вещательных станций чаще всего ведется на штыревую (телескопическую) антенну, на которую, как правило, принимаются и программы KB диапазона. Станции, работающие в ДВ и СВ диапазонах, принимают на встроенную ферритовую магнитную антенну. В приемнике может быть предусмотрена работа и внешней антенны. Сигнал от антенны поступает на ВЦ, представляющие собой перестраиваемые и переключаемые в зависимости oт диапазона узкополосные фильтры, и далее на УРЧ. После преобразования частоты сигнал усиливается в двухканальном УПЧ, включение которого обусловлено существенным различием в значениях промежуточной частоты и полосы пропускания при приеме АМ и ЧМ сигналов (при приеме АМ сигналов промежуточная частота равна 0,465 МГц, а при приеме ЧМ сигналов 10,7 МГц). После УПЧ следуют раздельные детекторы АМ и ЧМ сигналов. Продетектированный сигнал после усиления в усилителе звуковых частот (УЗЧ) подается на акустическую систему (АС).

 

Рис. 14.1 Структурная схема радиовещательного приемника

 

Структурная схема, приемника, широко применяемого на практике, показана на рис.14.1. При приеме AM сигналов преобразование частоты осуществляется в ПЧ_АМ, нагрузкой которого является фильтр Ф_АМ на промежуточной частоте 0,465 МГц. При приеме ЧМ сигналов преобразователь частоты ПЧ_АМ используется как дополнительный УПЧ на частоте 10,7 МГц, нагрузкой которого при этом является фильтр Ф_ЧМ; преобразование частоты принимаемого ЧМ сигнала, осуществляется в преобразователе ПЧ_ЧМ блока УКВ. Этот блок включает в себя ВЦ, УРЧ и преобразователи частоты ПЧ_ЧМ с гетеродином Г_ЧМ. При использовании в тракте промежуточной частоты переключаемых ФСИ для частот 0,465 и 10,7 МГц преобразование частоты осуществляется в общем преобразователе. В тракте AM сигналов применен УПЧ; при приеме ЧМ сигналов в тракт промежуточной частоты вводится дополнительный каскад УПЧ_ЧМ. Для улучшения избирательных свойств в приемниках высшей группы сложности может применяться многократное преобразование частоты. Приемник, не содержащий выходного УЗЧ и АС, называют тюнером. Он предназначен для работы с внешними УЗЧ и АС.

Стереофоническое вещание

Система стереофонического вещания совместима с обычным монофоническим приемником. Это позволяет слушателю принимать стереопрограмму в обычном… Международным консультативным комитетом по радиовещанию (МККР) для организации… В России для передачи стереопрограмм принята система с полярной модуляцией. Положительные полупериоды ВЧ колебания…

Лекция № 15

Тема лекции:

«Радиолокационные приемники»

 

План лекции

15.1 Назначение и структурные схемы

 

Литература

1. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
2. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
3. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

Содержание лекции

Назначение и структурные схемы

Приемники импульсных РЛС. В импульсных РЛС (рис. 1) передатчик излучает в направлении объекта короткие СВЧ-радиоимпульсы, которые после отражения от…   Рис. 15.1 Структурная схема приемника импульсной РЛС

Лекция № 16

Тема лекции:

«Телевизионные приемники»

 

План лекции

16.1 Общие сведения

16.2 Структура телевизионного приемника

 

Литература

1. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
2. Румянцев К.Е. Радиоприемные устройства: учебник. – М.: Видавничий центр «Академия», 2006г. – 336с.
3. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
4. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

Содержание лекции

Общие сведения

В настоящее время практически во всех странах приняты совместимые системы телевизионного вешания. Это означает, что сигналы цветного или черно-белого телевидения передаются в одинаковой полосе частот, причем сигналы цветного телевидения могут быть приняты черно-белыми телевизорами и наоборот. В результате сигналы цветности, особенно цветовые поднесущие, могут создавать помехи приему яркостного сигнала в цветном и черно-белом телевизорах. Для уменьшения этих помех принимаются специальные меры как при передаче, так и при приеме телевизионных сигналов.

Для телевизионного вещания используются следующие поддиапазоны частот: I - поддиапазон 48,5...66,0 МГц (каналы I и 2 с несущими частотами сигналов изображения 49,75 и 59,25 МГц и несущими частотами звука 56,25 и 65,75 МГц); II - поддиапазон 76,0... 100,0 МГц (каналы 3-5 с несущими частотами сигналов изображения 77,25; 85,25 и 93,25 МГц); III - поддиапазон 174,0...230,0 МГц (каналы 6-12 с несущей частотой сигналов изображения шестого канала 175,25 МГц); IV - поддиапазон 470,0...790,0 МГц (каналы 21-60 с несущей частотой сигналов изображения 21-го канала 471,25 МГц и несущей сигналов звука 477,75 МГц). Возможны еще каналы в диапазоне до 1000 МГц. С учетом спектра телевизионных сигналов на один телевизионный канал отводится полоса частот, равная 8 МГц. Большинство телевизионных каналов расположено вплотную друг к другу, без запасных частотных промежутков на расфильтровку. Разнос между несущими частотами сигналов изображения соседних каналов превышает 8 МГц лишь между каналами 1-2, 2-3 и 5-6. Близкое расположение соседних каналов определяет достаточно жесткие требования к избирательности телевизионных приемников по соседним каналам. В диапазоне децимеровых волн несущие частоты сигналов изображении f_из и сигналов звука f_зв для любого канала могуг быть найдены по формулам f_из = 471,25 + 8(n – 21), МГц; f_зв = 477,75 + 8(n – 21). МГц, где n – номер канала с 21-го по 70-й.

В каждом телевизионном канале разноси, частот между несущими частотами сигналов изображения и звука составляет 6,5 МГц. Промежуточная частота сигналов изображения равна 38,0 МГц. Промежуточная частота сигналов звука 31,5 МГц.

 

Рис. 16.1 Спектры телевизионных сигналов

а) изображения и звука в России

б) номинальная АЧХ радиотракта изображения

в) результирующей АЧХ от входа модулятора передатчика до выхода детектора приемника

г) АЧХ тракта УПЧ телевизора

 

На рис.16.1 показано размещение спектра частот сигналов изображения и звука, принятое в нашей стране для одного телевизионного канала, т.е. спектра частот излучения ТВ радиопередатчика. Передача сигналов изображения осуществляется с помощью АМ несущей сигналов изображения полным цветовым ТВ сигналом с частично подавленной нижней боковой полосой частот. Передача сигналов звука осуществляется с помощью ЧМ несущей сигналов звука с максимальной девиацией частоты 50 кГц. Составляющие спектра частот, отстоящие на – 1,25 и +6,375 МГц относительно несущей сигналов изображения, подавляются на 20 дБ. Составляющие спектра, отстоящие на –0,75 МГц от несущей, не подавляются, что позволяет уменьшить искажения ТВ сигнала, возникающие при подавленни одной боковой полосы.

На рис. 16.1, б приведена номинальная АЧХ радиотракта сигналов изображения, которую необходимо сформировать в приемнике. Видно, что уровень несущей сигналов изображения должен ослабляться на 6 дБ, а составляющая с частотой – 0,75 МГц - на 20 дБ по сравнению с уровнем опорной частоты f_оп, отстоящей от несущей сигналов изображения на 1,5 МГц. В этом случае характеристика верности, т е. форма результирующей АЧХ от входа модулятора передатчика до выхода детектора приемника, будет равномерной в полосе частот 6 МГц (рис. 16.1, в). Указанными ослаблениями определяется выбор наклона правого участка АЧХ тракта УПЧ телевизора (рис. 16.1, г).

В приемниках сигналов черно-белого изображения напряжение промежуточной частоты сигналов звука равна f_{пр зв} = 31,5 МГц обычно поступает на видеодетектор подавленным на 20 дБ относительно напряжения промежуточной частоты сигналов изображения f_{пр из} = 38,0 МГц. При этом в видеодетекторе еще обеспечивается эффективное преобразование частот во вторую промежуточную частоту сигналов звука f_{пр зв2} = f_{пр из} – f_{пр зв} = 38,5 – 31,5 = 6,5 МГц.

И этих условиях помехи в звуковом канале со стороны сигналов изображения, создающих паразитную AM, относительно легко устраняются с помощью АО.

В приемниках сигналов цветного изображения напряжение промежуточной частоты сигналов звука f_{пр зв} = 31,5 МГц необходимо подавлять на 35...40 дБ, чтобы уменьшить напряжение биений между промежуточной частотой сигналов звука и поднесущими частотами сигналов цветности.

Если указанное подавление не обеспечить, то на выходе видеодетектора в спектре сигнала яркости будут помехи с частотами 1,75...2,6 МГц, которые существенно ухудшают качество цветного изображения. Если же такое подавление имеет место, то видеодетектор не обеспечивает эффективного преобразования на вторую промежуточную частоту сигналов звука. Приходится применять отдельный диодный преобразователь на частоту 6.5 МГц. подавая на него сигнал с той точки тракта УПЧ, где напряжение промежуточной частоты сигнала звука лишь в 10...20 раз меньше напряжения промежуточной частоты сигнала изображения. При этом стремятся к тому, чтобы в пределах с спектра ЧМ сигнала звукового сопровождения АЧХ телевизора была максимально плоской (для подавления паразитной АМ), а порог ограничения АО в тракте УПЧЗ возможно меньше.

В целом в цветных телевизорах требования к равномерности АЧХ радиотракта выше, чем в черно-белых, что обусловленно наличием в спектре яркостного сигнала сигналов цветности с ЧМ. Поэтому в полосе 33...34,3 МГц неравномерность АЧХ радиоприемника не должна превышать ±1,5 дБ. Иначе из-за паразитной АМ могут возникнуть разнояркие строки на изображении (при неидеальных АО). Спектр полного сигнала цветного телевидения в системе SECAM приведен на рис. 16.2.

 

Рис. 16.2 Полный телевизионный сигнал стандарта SECAM

 

Необходимость в подавлении напряжений мешающих частот расположенных выше промежуточной частоты сигналов изображения (нижний соседний канал), ограничивается требуемой крутизной скатов АЧХ для уменьшения искажений сигнала. Поэтому подавление частоты сигналов звука соседнего канала 39,5 MГц (образующей с частотой изображения 38 МГц биения в спектре сигнала яркости с частотой 1,5 МГц) считается допустимым в пределах 30...40 дБ.

Технические показатели телевизора зависят от того, к какому классу он относится. Так телевизоры класса II должны иметь, следующие основные показатели:

чувствительность тракта изображения, ограниченная: а) шумами – не хуже 150 и 500 мкВ в диапазонах MB и ДМВ соответственно; б) синхронизацией разверток – 80 и 150 мкВ в диапазонах MB и ДМВ соответственно; чувствительность канала звука, ограниченная шумами, не хуже 75 и 300 мкВ в диапазонах MB и ДМВ соответственно;

избирательность на частотах, отстоящих от несущей изображения (по соседним каналам), в полосе – (1,5.-3,0) МГц и не менее 38 дБ, в полосе 8,0...9,5 МГц не менее 40 дБ, в точке 6,5 МГц в пределах 14…26 дБ.

Коэффициент шума таких телевизоров примерно 9...12 дБ, избирательность по промежуточной частоте 50...60 дБ. избирательность по зеркальному каналу 30...45 дБ.

 

Структура телевизионного приемника

  Рис. 16.3 Структурная схема телевизионного приемника  

Лекция № 17

Тема лекции:

«Радиоприемники авиационной радиосвязи»

 

План лекции

17.1 Принципы построения авиационных радиостанций

17.2 Особенности построения приемников радиостанций

17.3 Синтезаторы частот

 

 

Литература

1. Фомин А. И. Радиоприемные устройства – М.: Радио и связь, 2003г. – 520 с.
2. Головин О. В. Радиоприемные устройства – М.: Горячая линия–Телеком, 2004г. – 384с.
3. Карлов А. М., Криници В. В., Логвин А. И. Прием и обработка сигналов в авиационных радиоустройствах. М.: Транспорт, 1992 – 328 с.

Содержание лекции

Принципы построения авиационных радиостанций

  Рис. 17.1 Структурная схема авиационной радиостанции  

Особенности построения приемников радиостанций

Усилитель радиочастоты, как правило, выполняется по схеме резонансного усилителя с электронной перестройкой в пределах диапазона. Усилитель… В УНЧ осуществляется детектирование принимаемых сигналов и усиление на… В приемном тракте используется АРУ, поддерживающая установленный уровень выходного сигнала при изменении амплитуды…

Синтезаторы частот

  Рис. 17.3 Структурная схема синтезатора частот  

Лекция № 18

Тема лекции:

«Радиоприемники систем спутниковой навигации»

 

План лекции

18.1 Общая характеристика спутниковых радионавигационных систем

18.2 Приемник спутниковой радионавигационной системы

18.3 Схема поиска сигнала навигационного спутника

18.4 Коррелятор

18.5 Демодуляция навигационных сообщений спутников ГЛОНАСС

18.6 Навигационный вычислитель

 

Литература

1. Яценков В. С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS, Navstar и ГЛОНАСС. – М.: «Горячая линия-Телеком». 2005 г. – 271с.
2. Конин В.В. Спутниковые системы и технологии. – К.:«Национальный Авиационный Университет». 2002г. – 245с.

Содержание лекции

Общая характеристика спутниковых радионавигационных систем

Спутниковые радионавигационные системы представляют собой всепогодные системы космического базирования и позволяют в глобальных масштабах определять текущие местоположения подвижных объектов и их скорость, а как же осуществлять точную координацию времени. В соответствии с концепцией ICAO спутниковые навигационные системы в ближайшее время становятся единственным средством навигации в авиации.

Принцип действия систем заключается в том, что навигационные спутники излучают специальные электромагнитные сигналы. Аппаратура потребителей, расположенная на объектах, находящихся на поверхности Земли или околоземном пространстве принимает эти сигналы и после специальной обработки вырабатывает данные о местоположении и скорости объекта.

Приемник спутниковой радионавигационной системы

На входе приемника имеется общий смеситель, на который поступают сигналы СВЧ принятые антенной и сигнал с синтезатора частоты, который в данном… На эти же смесители поступают сигналы второго гетеродина, выработанные…  

Схема поиска сигнала навигационного спутника

В спутниковых радионавигационных системах аппаратура потребителя должна осуществлять поиск и обнаружение сигнала и последующее слежение за этим сигналом. Поскольку в зоне видимости всегда находятся несколько навигационных спутников, то указанные процедуры должны выполнятся для сигналов этих спутников.

Обнаружение сигналов навигационных спутников аппаратурой потребителя является статистической задачей.

На входе устройства обнаружения сигнала всегда помимо сигнала имеется шумовая составляющая, обусловленная различными факторами.

Сигнал на входе устройства обнаружения можно представить как сумму собственно сигнала u(t) и шума n(t)

 

Пусть сигнал u(t) известен, а сообщение “а” нужно определить

Положим, что сообщение “а” может принимать два значения а = 0 = а₀ и а =1 = а₁.

Вероятности присутствия и отсутствия сигнала обозначим Р(а₁) и Р(а₀) соответственно.

Устройство обнаружения должно проанализировать сигнал x(t) в течение времени Т и воспроизвести сообщение «а»

Сигнал х(t) является непрерывной функцией времени и представляет собой случайный процесс.

Если в данном случайном процессе в течении заданного времени Т выбрать n значений сигнала х(t) так чтобы n = T·F,

где: ширина спектра х(t),

- интервал, с которым берутся отсчеты сигнала х₁…х_n,то с использованием методов математической статистики, можно оценить наличие или отсутствие параметра “а”.

Задача обнаружения сводится к проверке двух статистических гипотез: сигнал «а» во входной смеси есть или сигнала «а» во входной смеси нет.

Для проверки этих гипотез необходимо:

1. Сформировать или выбрать критерий оптимальности, который должен приводить к математическим соотношениям и алгоритмам, поддающимся решению.

2. Реализовать алгоритмы решения радиотехническими средствами.

3. Сопоставить и оценить оптимальность математического аппарата и реального физического устройства обнаружения сигнала.

Под критерием оптимальности будем понимать процедуру, по которой из совокупности устройств обнаружения можно выбрать наилучшее.

Одна из оптимальных схем поиска и обнаружения сигнала изображена на рис. 18.2

 

Рис. 18.2 Схема поиска сигнала

 

Схема функционирует следующим образом.

Блок управленя поиском в зависимости от состояния порогового устройства выдает в блоки управления команды задержки кода и сдвига частоты; синтезатор частоты генерирует опорные колебания, а генератор кода вырабатывает модулирующую последовательность. После первого умножения вырабатывается колебание.

Это колебание поступает на умножитель 2 и со сдвигом на умножитель 3, на оба умножителя поступают сигналы j-го навигационного спутника, перенесенные на промежуточную частоту.

После умножителя 2 и 3 результирующие низкочастотные составляющие поступают на интеграторы I (синфазная составляющая) и Q (квадратурная составляющая).

В интеграторах происходить накопление синалов и они поступают на сумматор I²+Q².

С сумматора результирующий сигнал направляется в пороговое устройство, которое по заданному критерию принимает решение об обнаружении сигнала и прекращении поиска, либо о продолжении поиска. В последнем случае в блок управления поиском передается соответствующая команда.

После обнаружения сигнала по заданому критерию аппаратура переходит в режим сопровождения сигнала.

Рассмотренная схема является одной из составных частей коррелятора.

Коррелятор

Функционирование коррелятора осуществляется следующим образом. На вход коррелятора (умножители 1,2) поступают из приемника цифровые отсчеты в… Yвх=y(tk,i), где: tk,i=(Kн*Td)*k+Td*i

Демодуляция навигационных сообщений спутников ГЛОНАСС

При демодуляции радионавигационного сигнала в аппаратуре потребителя необходимо правильно распорядиться всеми составляющими сигнала, чтобы извлечь… Одна из схем, реализующая эти процедуры для сигналов ГЛОНАСС изображена на…  

Навигационный вычислитель

Навигационный вычислитель является одним из главных элементов аппаратуры потребителя. В навигационном вычислителе осуществляется решение задач по первичной и вторичной обработке навигационной информации, поступающей со спутников, а также управление потоками информации между составляющими аппаратуры потребителя.

Навигационный вычислитель физически можно разделить на сигнальный и цифровой процессор. Сигнальный процессор осуществляет работу с сигналами при первичной обработке информации. Цифровой процессор выполняет вычислительные процедуры, предусмотренные алгоритмами для проведения навигационных определений.

По своей сути навигационный процессор есть вычислительная машина, работающая в реальном времени.