Моделирование и исследование подсистем многоканального полосового анализа и синтеза сигналов

Федеральное агентство по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра «Радиотехника»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

МОДЕЛИРОВАНИЕ и исследование ПОДСИСТЕМ МНОГОКАНАЛЬНОГО ПОЛОСОВОГО АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СИГНАЛОВ

                                                                                                               Выполнил:

                                                                                                       ст-т гр. РФ 04-02

                                                                                                                  А. Е. Шамова

                                                                                                               Проверил:

                                                                                                                преподаватель

А. Г. Андреев

Красноярск 2008

 

Цель лабораторной работы:

Исследование алгоритмов и структур систем многоканального полосового анализа и восстановления сигналов по их текущему спектру.  

Исходные данные:

Число каналов системы К = 24, номер канала i = 9.

          Исходные данные на синтез полосно-пропускающего фильтра (ППФ_i):

нижняя частота среза  f_С1 = 47,5 Гц;

верхняя частота среза f_С2 = 52,5 Гц;

допустимая неравномерность АЧХ в полосе пропускания -а_п= -6 дБ;

нижняя частота задерживания f_З1 = 45 Гц;

верхняя частота задерживания f_З2 = 55 Гц.

затухание АЧХ в полосе задерживания -а_з= -45 дБ;

центральная частота полосы пропускания f_0i = 50 Гц;

        Исходные данные на синтез сглаживающего фильтра и фильтра нижних частот (СФ, ФНЧ):

частота среза f_С = 2,5 Гц;

допустимая неравномерность АЧХ в полосе пропускания -а_п= -6 дБ;

частота задерживания f_З = 5 Гц;

затухание АЧХ в полосе задерживания -а_з= -45 дБ.

Общие исходные данные для ППФ, СФ и ФНЧ:

частота дискретизации f_д = 500 Гц;

коэффициенты передискретизации M,L ≤ 12.

Источник испытательного сигнала:

Рис.1. Схема источника испытательного сигнала в редакторе SDCAD

На схеме введены следующие обозначения:

1 – источник типа «Постоянное напряжение» единичного уровня;

2 – источник трехчастотного синусоидального сигнала типа «Мультигенератор»;

3 – источник трехчастотного сигнала типа «Мультигенератор»;

4 – источник (генератор) случайного сигнала с амплитудой равной 0 (отсутствие шума) и 0,5 (с добавлением шума);

5 – сумматор;

6 – умножитель;

7 – сумматор.

1.  Моделирование канала анализа на основе полосовых фильтров

1.1.  В программе SDCAD изобразим структурную схему канала анализа с полосовыми фильтрами и соединим эту схему со схемой источника сигнала.

Рис. 2. Схема канала анализа с рекурсивными полосовыми фильтрами

в редакторе SDCAD

На схеме обозначены:

1 – звенья второго порядка цифровых рекурсивных фильтров ППФ;

2 – умножитель;

3 – накапливающий сумматор;

4 – элемент понижения частоты дискретизации на выходе сглаживающего фильтра;

5  – элемент извлечения квадратного корня.

1.2.   Вводим значения параметров сигналов.   Амплитуду шума задаем равной 0.

Таблица 1

Звено	a0	a1	a2	b0	b1	b2	ММ
1	1	-1,647003	0,98885008	1	0	-1	0,0985281773
2	1	-1,5681915	0,98778353	1	0	-1	0,179202962
3	1	-1,5555684	0,96539475	1	0	-1	0,172698664
4	1	-1,6255252	0,96803957	1	0	-1	0,102992712

Продолжение таблицы 1

5	1	-1,6033297	0,95091576	1	0	-1	0,111923778
6	1	-1,5510206	0,94795634	1	0	-1	0,162817876
7	1	-1,5547102	0,93735026	1	0	-1	0,150554869
8	1	-1,5826743	0,93926243	1	0	-1	0,123814308
9	1	-1,5657898	0,93446766	1	0	-1	0,137145367

1.3.  Проводим расчет характеристик в наиболее информативных точках.

Рис. 3. Схема канала анализа с рекурсивными полосовыми фильтрами

в редакторе SDCADс обозначением контрольных точек

Рис. 4. Графики спектров сигналов в контрольных точках 2, 7, 11

Рис. 5. Графики спектров сигналов в контрольных точках 12, 13, 14, 15

Рис. 6. Временные диаграммы сигналов для контрольных точек 2,11, 13, 14, 15

1.4.  Подаем на вход групповой АМ - сигнал с наложенным на него шумом, амплитуда которого равна 0,5. Проводим расчет характеристик.

Рис. 7. Временная диаграмма сигнала для контрольной точки 7

Рис. 8. Графики спектров сигналов в контрольных точках 11, 15

1.5.  Выполним пункт 4 с использованием нерекурсивного полосно – пропускающего фильтра вместо рекурсивного. Подаем на вход групповой АМ - сигнал с наложенным на него шумом, амплитуда которого равна 0,5.

Рис. 9. Схема канала анализа с нерекурсивным полосовым фильтром

в редакторе SDCADс обозначением контрольных точек

Проводим расчет характеристик.

Рис. 10. Временная диаграмма сигнала для контрольной точки 7

Рис. 11. Графики спектров сигналов в контрольных точках 11, 15

2.  Моделирование каналов анализа и синтеза сигналов

с квадратурной обработкой

2.1.  В программе SDCAD изобразим структурную схему канала анализа и восстановления сигналов с квадратурной обработкой с подключенным ко входу источником группового АМ – сигнала.

Рис. 12. Схема каналов анализа и восстановления сигнала с квадратурной обработкой с рекурсивными ФНЧ в редакторе SDCAD

На схеме введены следующие обозначения:

1 – источник сигнала 0,5∙ sin (2π∙1800∙n∙T_д+90);

2 – источник сигнала 0,5∙ sin (2π∙1800∙n∙T_д);

3, 4 – ФНЧ;

5, 6 – ФНЧ;

7, 8 –  элемент понижения частоты дискретизации;

9, 10 – элемент повышения частоты дискретизации.

2.2.   Вводим значения параметров сигналов.   Амплитуду шума задаем равной 0.

Таблица 2

Звено	a0	a1	a2	b0	b1	b2	ММ
1	1	-1,9855924	0,98675308	1	2	1	0,0985281773
2	1	-1,9615854	0,96273207	1	2	1	0,179202962
3	1	-1,9435999	0,944736	1	2	1	0,172698664
4	1	-1,934003	0,9351354	1	2	1	0,102992712

2.3.  Проводим расчет характеристик в наиболее информативных точках.

Рис. 13. Схема канала анализа и восстановления сигнала с квадратурной обработкой с рекурсивными ФНЧ в редакторе SDCAD

с обозначением контрольных точек

Рис. 14. Графики спектров сигналов в контрольных точках 7,9,14,11,16

Рис. 15. Графики спектров сигналов в контрольных точках 12, 17, 13, 18, 19, 20

Рис. 16. Графики спектров сигналов в контрольных точках 24, 28, 26, 30

Рис. 17. Графики спектров сигналов в контрольных точках 27, 31, 32

Рис. 18. Временные диаграммы сигналов для контрольных точек 11, 16, 12, 17

Рис. 19. Временные диаграммы сигналов для контрольных точек 19,20,32

2.4.  Добавим к сигналу шум, установив амплитуду источника случайного сигнала, равной 0,5. Проводим расчет характеристик.

Рис. 20. Графики спектров сигналов в контрольных точках 7,20,32

Рис. 21. Временные диаграммы сигналов для контрольных точек 7,20,32

2.5.  Для проверки межканальных искажений установим равной нулю амплитуду составляющей сигнала генератора  2 типа «Мультигенератор» с частотой 50Гц. Без добавления шума снимем частотные диаграммы сигналов в точках 16, 20, 32.

Рис. 22. Графики спектров сигналов в контрольных точках 16,20,32

2.6.  Выполним пункт 2.4 с использованием нерекурсивного ФНЧ вместо рекурсивного. Добавим к сигналу шум, установив амплитуду источника случайного сигнала, равной 0,5.

Рис. 23. Схема канала анализа и восстановления сигнала с квадратурной обработкой с нерекурсивными ФНЧ в редакторе SDCADс обозначением контрольных точек

Проводим расчет характеристик.

Рис. 24. Временные диаграммы сигналов для контрольных точек 7,20,32

Рис. 25. Графики спектров сигналов в контрольных точках 7,20,32

Вывод:

В ходе проведенной лабораторной работы исследовала алгоритмы и структуры систем (системы цифровой обработки биомедицинских сигналов) многоканального полосового анализа и восстановления сигналов по их текущему спектру.

Изучили преобразования сигналов, имеющих место в системе во временной и частотной областях.

Проанализировала качественные характеристики систем (искажения сигналов, взаимное влияние каналов, влияние шумов и помех).