Программный макет тракта прослушивания

4 Программный макет тракта прослушивания

4.1 Структурная схема алгоритма обработки в тракте прослушивания

Структурная схема алгоритма обработки в тракте прослушивания цифровой ГАС с формированием каналов наблюдения в частотной области приведена на рисунке 18.

Рис. 18 Структурная схема алгоритма обработки в тракте прослушивания

1) АР – антенная решетка, M – количество ее приемных элементов;

2) АПО – фильтрация сигнала, предварительное усиление;

3) АЦП – аналого-цифровое преобразование с частотой дискретизации 24000Гц, процессов, принятых на М приемных элементах антенны; получаем дискретизированные по пространству и по времени выборки входного поля;

4) Набор реализаций с перекрытием 25 % точек;

5) БПФ – n-точечное быстрое преобразование Фурье по всем М каналам. Частотное разрешение системы df=fd/n;

6) ФПК – формирование пространственного канала: осуществляется в частотной области умножением на фазирующие коэффициенты и суммированием выходов задержанных реализаций. Получаем один выход в полосе от 1 до 8 кГц, границам полосы частот соответствуют номера частотных отсчетов Кн=[1000/df]=21 и Кв=[8000/df+0.5]=171.

7) Вырезание полосы частот, соответствующей заданному оператором номеру частотного диапазона Nd (от 1 до 3):

I чд - от Кн= 21 до Кв=53,

II чд - от Кн= 42 до Кв=106,

III чд - от Кн= 85 до Кв=171;

8) Сдвиг полосы в область от 0.3 кГц (для удобства оператора); сдвиг осуществляется на величину:

4Δf = 187 Гц - в I чд,

32Δf = 1497 Гц – во II чд,

76Δf = 3556 Гц – в III чд;

9) Умножение на спектральное окно, в нашем случае окно Ханна с числом точек, зависящим от ширины частотного диапазона:

K=53 – в I чд,

K=81 – во II чд,

K=99 – в III чд ;

10) Восстановление сигнала во временную область с использованием процедуры ОБПФ на те же самые n точек;

11) Отбрасывание некорректных отсчетов – по n/8 точек в начале и в конце реализации;

12) Стыковка реализаций;

13) Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) с частотой дискретизации 24000кГц;

14) Вывод результатов на динамик или выносные аудиосистемы.

4.2 Структурная схема программного макета тракта прослушивания

В соответствии с описанными в предыдущих разделах алгоритмами функционирования тракта прослушивания для выбора параметров и уточнения алгоритмов обработки в среде инженерных расчетов MatLab была написана моделирующая работу этого тракта программа. Язык программирования среды MatLab является наиболее удобным для работы с матричными структурами данных, а также содержит большое число вспомогательных функций и операций над матрицами и многомерными массивами данных. Кроме того, MatLab обладает широкими возможностями по графическому отображению результатов.

Структурная схема программного макета тракта прослушивания приведена на рисунках 19 и 20.

Программный макет тракта прослушивания включает в себя следующие функциональные блоки:

Блок задания параметров антенной решетки и параметров цифровой обработки в тракте ШП.

Задаются основные параметры системы, включая:

- Скорость звука,

- Частота дискретизации,

- Задание мнимой единицы,

- Количество элементов АР,

- Шаг между приемными элементами АР,

- длительность формируемого сигнала,

-Количество частотных диапазонов,

-Число точек БПФ,

- величина перекрытия входных выборок,

-Нижняя полоса и верхняя полоса всего тракта, и разбивка на 3 диапазона.

Блок задания параметров сигнала и параметров обработки в тракте прослушивания.

В этом блоке происходит выбор типа сигнала:

-тональный,

-амплитудно-модулированный тональный,

- амплитудно-модулированный шумовой;

Задаются:

- несущая частота сигнала,

-частота модуляции,

-глубина модуляции,

-число тактов обработки,

-частотный диапазон прослушивания,

-угол падения фронта волны на элементы АР,

- частотный сдвиг для выбранного ЧД,

- степень расширения полосы частот (количество отсчетов),

- спектральное окно.

Формирование процессов на выходе приемных элементов АР. Имитационное моделирование входного процесса включает в себя задание моделей полей сигнала, формирование временной реализации сигнала, фильтрацию ее в заданном диапазоне частот, формирование плоского фронта сигнала на элементах АР.

Перечень процедур, проводимых в этом функциональном блоке:

расчет координат приемных элементов в АР,

формирование сигнала заданной частоты в поле,

расчет временных задержек фронта волны сигнала исходя из направления его прихода,

формирование дискретизированных с частотой fd=24000Гц сигналов на приемных элементах АР.

Функциональные программы расчета выходного эффекта тракта прослушивания:

Последовательный набор по n временных отсчетов сигналов на элементах АР с перекрытием 25% - так называемый такт обработки;

Дальнейшие процедуры выполняются на каждом такте обработки:

Переход в частотную область с использованием процедуры БПФ;

Формирование ПК на частотах рабочей полосы;

Вырезание полосы частот выбранного частотного диапазона (ЧД);

Сдвиг полосы частот на заранее рассчитанное для каждого ЧД число спектральных отсчетов;

Умножение отсчетов спектра сформированного канала на спектральное окно;

Восстановление сигнала во временной области (процедура обратного ПФ);

Отбрасывание некорректных отчетов из реализации – по n/8 отсчетов в начале и в конце реализации;

набор реализации большой длительности.