Требования морских потребителей к точности местоопределения судов по регламенту Международной Морской Организации, страница 13

Задавшись допустимой динамической ошибкой , из (125) определяется , что соответствует шумовой полосе   0,25 Гц. При этом быстродействие системы определяется временем  (без учета действия шума).

Полагая отношение сигнал/шум на выходе линейного тракта приемника q = 0,5; эквивалентную полосу пропускания , шумовую полосу =0,25 Гц, из (121) определяется среднеквадратическая ошибка слежения , что составляет около 0,3 % от длительности частотной посылки сигнала. При этом значение параметра k (коэффициент передачи цифрового сглаживающего фильтра) определяется как по формуле

.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что основной вклад в результирующую ошибку синхронизации вносит шумовая составляющая (без учета квантования задержки, максимальное значение которой равно  = 1,5 мкс). С уменьшением отношения сигнал/шум полоса системы  также уменьшается (вследствие пропорционального уменьшения коэффициента передачи дискриминатора), что свидетельствует об адаптивных свойствах цифрового следящего измерителя по отношению к вариациям отношения сигнал/шум.

5.3. Следящие измерители фазы сигнала

В данном разделе рассматривается задача оценивания фазы сигнала как процесса φ(t), используя общие результаты теории оптимальной фильтрации, изложенные ранее.

В соответствии с уравнением (97) оптимальный (по критерию максимального правдоподобия) фазовый дискриминатор (ФД) формирует сигнал ошибки согласно алгоритму

,                                         (126)

где  – опорный сигнал, отличающийся от принятого сигнала фазовым сдвигом на π/2 (при условии, что фазовая ошибка ). Здесь и далее сигнал полагается гармоническим колебанием (обобщение на случай огибающей A(t) произвольного вида не представляет трудностей).

Оптимальный алгоритм дискриминирования (126) соответствует гармонической (синусоидальной) ДХ

                      (127)

, где  –  пиковое значение ДХ, определяемое энергией сигнала  на интервале .

Схема следящего измерителя фазы, состоящего из ФД, реализующего алгоритм дискриминирования (126), а также сглаживающего фильтра (Фр) и подстраиваемого генератора (ПГ), соответствует известной и широко применяемой системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), представленной функциональной схемой (рис. 52).

Рис. 52  Функциональная схема системы ФАПЧ

В случае импульсных сигналов (например, в импульсно-фазовых РНС) для вычисления сигнала ошибки (126) используют согласованный фильтр (СФ). Известно, что выходное напряжение СФ с точностью до постоянного множителя воспроизводит корреляционную функцию сигнала с задержкой на  (длительность сигнального импульса). Поэтому, фиксируя задержку  сигнала на выходе СФ по моменту перехода через нуль напряжения в окрестности максимума огибающей, можно определить фазовый сдвиг  (оценки  и  в информационном смысле эквивалентны). При этом функции фазового дискриминатора выполняет временной селектор, формирующий сигнал ошибки путём стробирования  напряжения  на  выходе СФ в моменты подачи узких селекторных импульсов (временное положение этих импульсов относительно начала априорного   интервала фиксируется как оценка ).

Все сказанное ранее о преимуществах фазового и цифровых методов обработки сигналов справедливо и по отношению к следящим измерителям фазового сдвига (возможность реализации квазиоптимальных алгоритмов при приемлемых аппаратурных и вычислительных затратах).

В качестве примера рассматривается один из возможных вариантов реализации следящего измерителя фазы (рис. 53) на основе цифрового ФД с треугольной дискриминационной характеристикой (при многоуровневом квантовании).

Цифровой ФД на рис. 53 представлен схемой одного из квадратурных каналов (в аппаратной части) измерителя фазы многочастотного сигнала опорных станции РНС «Крабик-БМ». Второй квадратурный канал (синфазный) может использоваться для временной синхронизации диаграмм приема и излучения.

Рис. 53 Функциональная схема цифрового следящего измерителя фазы