Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Радиоэлектронные средства сбора и обработки информации в системах защиты окружающей среды: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Голосов: 0

Методические указания содержат описания пяти лабораторных работ, порядок их выполнения и задания по расчету и эксперименту. Методические указания предназначены для студентов-заочников, обучающихся по спец. 200700 "Радиотехника".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                      Министерство образования РФ


        СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ
                ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ




                      Кафедра радиотехники




   РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СБОРА И ОБРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ



       Методические указания к выполнению лабораторных работ



Факультет радиоэлектроники

Специальность 200700 - радиотехника




                          Санкт-Петербург

                               2002


                                     2


      Утверждено редакционно-издательским советом университета



      УДК 577.3.043:537.811(063)

      Радиоэлектронные средства сбора и обработки информации в систе-
мах защиты окружающей среды :
      Методические указания к выполнению лабораторных работ.- СПб.:
СЗТУ, 2002 .- 33 с.
      Методические указания содержат описания пяти лабораторных работ,
порядок их выполнения и задания по расчету и эксперименту. .
      Методические указания предназначены для студентов-заочников,
обучающихся по спец. 200700 “Радиотехника”.

       Рассмотрено на заседании кафедры радиотехники 10.12.2001 г., про-
токол N 4 Одобрено методической комиссией ФРЭ 17.12. 2001 г., протокол
N 4.


      Рецензенты : кафедра радиотехники СЗТУ (заведующий кафедрой
Г.И.Худяков, д-р техн. наук , проф.);В.Н.Жемчугов, канд. техн. наук, доцент
С-Петербургского государственного университета телекоммуникаций.


      Составители : О.Л.Соколов, канд. техн. наук, доц.;
                   О.С.Голод, канд. техн. наук, доц.;
                   А.Б. Войцеховский, канд. техн. наук, ст. преп..


                                    3


                       ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

        Перед лабораторными занятиями каждый студент должен изучить
соответствующий раздел конспектов курса лекций по радиоэлектронной ап-
паратуре, используемой для сбора и обработки экологической информации.
       При выполнении лабораторной работы каждая бригада студентов
проводит исследования на конкретной лабораторной установке. Работа счи-
тается законченной после предъявления преподавателю результатов исследо-
ваний.
        После проведения исследований студенты обязаны привести в поря-
док свои рабочие места.
       Перед зачетом студент должен оформить отчет по лабораторным рабо-
там и сдать его на проверку преподавателю.

       Меры безопасности при выполнении лабораторных работ:
        1. К работе с лабораторными установками допускаются лица, про-
шедшие инструктаж по технике безопасности по второй квалификационной
группе работ с электроустановками напряжением до 1000 В.
        2. Собирать электроустановку для проведения лабораторной работы
следует без подключения сетевого блока питания к электросети 220 В, 50 Гц.
        3. На собранной электроустановке проверить выключение всех
тумблеров и качество всех заземлений.
        4. Перед подключением электроустановки к сети 220 В, 50 Гц
представить установку на проверку преподавателю.


                           ЛИТЕРАТУРА

       1. Соколов О.Л., Голод О.С., Войцеховский А.Б. Радиоэлектронные
средства сбора и обработки информации в системах защиты окружающей
среды: Письменные лекции.- СПб.: СЗТУ, 2001.- 73 с.
       2.    Патент N 2053549 (РФ). Устройство для моделирования системы
радиолокационного зондирования тонких немагнитных слоев. / СЗПИ; Авт.
изобрет. Соколов О.Л., Потапов А.И., Кацан И.Ф. Заявл. 24.01.92, N
5025984/09, опубл. 27.01.96. Бюл. N 3.
       3. Патент N 2042195 (РФ). Устройство для моделирования многолу-
чевых радиосигналов. / СЗПИ; Авт. изобрет. Соколов О.Л., Голод О.С. Заявл.
12.03.92, N 5032994, опубл. 20.08.95. Бюл. N 23.
       4. Авт. свид. N 1483444 (СССР). Устройство для моделирования
функций с помощью частных сумм сигналов Уолша. / СЗПИ; Авт. изобрет.
Соколов О.Л. Заявл. 09.02.90, N 4817773/24, опубл. 15.06.92. Бюл. N 22.
       5. Быков Р.Е., Эйсенгардт Г.А., Титов Ю.М. Телевизионные систе-
мы.- Л.: ЛЭТИ, 1979.- 60 с.


                                        4


      6. Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных ра-
диолокационных измерений.- М.: Радио и связь, 1989.
      7. Патент N 2096767 (РФ). Радиолокатор-интроскоп. / СЗПИ; Авт.
изобрет. Соколов О.Л., Потапов А.И., Кацан И.Ф. Заявл. 01.07.94, N
94024614/09, опубл.20.11.97. Бюл. N 32.


                                 РАБОТА 1

         Исследование разрешения радиоимпульсов в системах
         радиолокационного подповерхностного зондирования

                               1. Цель работы
     Изучение принципов разрешения сигналов в системах радиолокацион-
ного зондирования тонких слоев. Экспериментальные исследования формы
огибающей двух отраженных радиоимпульсов при отсутствии разрешения по
критерию Релея.

                      2. Основные теоретические положения

     Дистанционные методы исследования природной среды и земных ре-
сурсов в задачах экологии, метеорологии, океанологии привели к созданию
систем подповерхностной радиолокации.
     Для определения толщины или электрических характеристик слоя с
помощью радиоимпульсов, отраженных от его границ, необходимо измерить
интервал времени ∆t , например между максимумами огибающих радиоим-
пульсов
                               ∆t = 2 h ,                             (1)
                                       V
     где V - скорость распространения радиоволн в слое, толщиной h. Раз-
решающей способностью по критерию Релея называется тот максимальный
интервал ∆t     при котором суммарный отклик еще имеет вид двугорбой
              мин ,
кривой. Для радиоимпульсов непрямоугольной формы разрешающая спо-
собность по времени ( дальности ) определяется длительностью импульса на
уровне 0,5 от максимальной амплитуды.
     Рассмотрим сказанное на примере радиоимпульса с треугольной оги-
бающей, которая характерна для техники наносекундных импульсов.
     На рис.1,а показаны огибающие радиоимпульсов, отраженных от гра-
ниц тонкого слоя при различных толщинах , соответствующих временным
сдвигам ∆t 1 , ∆t 2 , ∆t 3 ≤ T0 / 2 , где T 0 - длительность импульсов по основа-
нию.


                                    5


      На рис.1,б построены результирующие огибающие для противофазно-
го сложения радиоимпульсов. Как видно, при этом всегда имеется разделе-
ние импульсов, однако интервал между максимумами остается постоянным,
равным T0 / 2 , т.е. он не является носителем информации о толщине слоя.
      При фазном сложении радиоимпульсов, как показано на рис.1,в, отсут-
ствует всякое раздвоение вершины импульса, а при квадратурном сложении
иногда могут появляться слабые признаки раздвоения импульса.




              Рис.1. Огибающие отраженных радиоимпульсов
                         при различных толщинах слоя


     Таким образом, при отсутствии разрешения по критерию Релея простой
радиоимпульсный метод нельзя использовать для надежного измерения тол-
щины слоя.

                  3. Описание лабораторной установки

      Функциональная схема установки приведена на рис.2. С помощью этой
установки можно получить два радиоимпульса, форма огибающих которых
близка к треугольной. Сдвиг по времени между импульсами можно изменять
в пределах от нуля до T0 , моделируя тем отражение от границ слоя различ-
ной толщины.


                                       6


      Устройство работает следующим образом. На диаграмме рис.3,а по-
казано, что импульсы с выхода генератора тактовых импульсов (ГТИ) посту-
пают на входы запуска ждущих мультивибраторов формирователей радио-
импульсов (ФРС) двух каналов. Выходные импульсы ждущих мультивибра-
торов поступают каждый на фильтры, формирующие треугольную форму
импульсов. При этом с помощью регулируемой задержки (Зад) можно полу-
чать задержку ∆t импульса во втором канале относительно первого на за-
данную величину в пределах от нуля до T0 (рис.3,б).




           Рис. 2. Функциональная схема лабораторной установки

      Импульсы с выходов фильтров каналов поступают на один вход соот-
ветствующего модулятора, вторые входы которых соединены с выходом ге-
нератора синусоидальных колебаний.Прямоугольные колебания с выходов
модуляторов после фильтрации поступают во втором канале на фазовраща-
тель (ФВ), а в первом канале на один из входов сумматора (рис.2; рис.3, в, г ).
      Колебание с выхода фазовращателя, в котором можно изменять фазу
высокочастотного заполнения радиоимпульса в пределах от нуля до π , по-
ступает на другой вход сумматора. В результате на выходе сумматора полу-
чаем сумму двух радиоимпульсов. При этом амплитуда радиоимпульсов мо-
жет изменяться с помощью регуляторов в каждом канале раздельно.
      Выходное напряжение сумматора поступает на амплитудный детектор,
на выходе которого получаем огибающую суммы двух радиоимпульсов (рис.
3,д).


                                   7




           Рис.3. Временные диаграммы импульсных сигналов


                    4. Порядок выполнения работы

      1. Ознакомиться с расположением блоков в лабораторной установке и
назначением всех органов управления.
      2. Подключить двухканальный осциллограф С1-83 к выходам форми-
рователей радиосигналов ФРС-1 и         ФРС-2 , убедиться в наличии
радиоимпульсов на их выходах.
      3. Наблюдать суммарный радиосигнал на выходе сумматора установки,
изменяя при этом величину интервала задержки суммируемых радиоимпуль-
сов.
      Оценить величину минимальной и максимальной задержки.
      4. Установить заданные преподавателем максимальные значения пер-
вого и второго радиоимпульсов, производя отсчеты амплитуд по шкале эк-
рана осциллографа.
      5. Совместить два радиоимпульса и, изменяя в пределах регулировки
                                                                 о
фазы второго радиоимпульса с помощью фазовращателя (ФВ) через 30 , на-


                                         8


блюдать на экране осциллографа изменение формы и амплитуды суммарно-
го сигнала на выходе сумматора и на выходе детектора огибающей ДО.
      6. Аналогично п.5 проделать для различных значений задержки второго
радиоимпульса относительно первого для заданных преподавателем значе-
ний задержки.
      7. Наблюдать осциллограммы на выходе порогового устройства уста-
новки ПУ и убедиться в наличии одного или двух импульсов при разделении
суммарного сигнала.
      8. Наблюдать осциллограммы в узлах блока обработки, предназначен-
ного для автоматизированного уточнения коэффициента формы огибающей
суммарного эхосигнала при их неразрешении по критерию Релея в зависи-
мости от сдвига фаз радиоимпульсов, отраженных от границ слоев.



                         5. Содержание отчета

     1. Название работы и ее цель.
     2. Функциональная схема лабораторной установки.
     3. Двухканальные осциллограммы на выходах формирователей радио-
сигналов, осциллограммы изменения формы на выходе детектора огибающей
при различных значениях разности фаз двух радиоимпульсов.
     4. Выводы по работе.

     Литература : [ 1 ], c. 26…38; [ 2 ]; [ 3 ].


                                   РАБОТА 2

         Исследование сигналов, используемых в радиосистемах сбора
           и передачи информации с разделением каналов по форме


                               1. Цель работы

      Экспериментальное исследование формирования квазиортогональных
широкополосных сигналов, состоящих из частотно-временных фазоманипу-
лированных элементарных сигналов, а также исследование свойств ортого-
нальных сигналов типа функций Уолша.


                                           9


               2. Основные теоретические положения

       В системах сбора и передачи информации используются канальные
сигналы, полностью или частично перекрывающиеся между собой как по
времени, так и по спектру. Такие сигналы формируются различными спосо-
бами. Они могут иметь как непрерывные, так и дискретные во времени пара-
метры. Дискретные сигналы, называемые широкополосными, состоят из
большого числа элементарных дискретных сигналов.
      Рассмотрим способ построения дискретных широкополосных сигналов
на частотно-временной диаграмме, так называемой частотно-временной
матрице (ЧВМ). В общем случае ЧВМ имеет q дискретов ∆ f и по частоте и t
дискретов τ по времени. Общее число элементов ЧВМ N = Nqt.
     При формировании широкополосных канальных сигналов используют-
ся различные разбиения ЧВМ и различные комбинации элементов, получае-
мых при этих разбиениях ЧВМ. Если пронумеровать в произвольном порядке
все элементы ЧВМ числами 1,2, ... N, то любой формируемый широкопо-
лосный сигнал можно записать в виде

                                    N
                         S j (t ) = ∑ ai( j )ϕ i (t ) ,          (2 )
                                    i =1
где   ϕ i (t ) - элементарные сигналы, составляющие ЧВМ;
ai( j ) - весовой коэффициент, с которым выбирается i-й элементарный сиг-
нал ЧВМ при формировании j-го широкополосного сигнала.
         На рис.4 приведены примеры формирования канальных сигналов при
заданном разбиении частотно- временной плоскости и различных комбина-
циях элементарных сигналов, составляющих данное разбиение. Обычно
ϕ (t ) - это отрезки либо синусоидальных, либо прямоугольных колебаний.
        Если отличительными признаками элементарных сигналов являются их
частотные, временные положения в ЧВМ, а также начальная фаза элементар-
ных сигналов, которая, к примеру, может иметь два значения 0 или h, то:
ai( j ) равно1, если i - элементарный сигнал включен в i- сложный сигнал с
фазой 0; равно 0, если i- элементарный сигнал не включен в i- сложный сиг-
нал; равно 1, если i- элементарныйй сигнал включен в i - сложный сигнал с
фазой π .
        Дискрет по частоте в ЧВМ обычно выбирают так, чтобы элементар-
ные сигналы, расположенные на соседних частотных дискретах m и m+ 1,
были ортогональны, т.е.


                                      10




                          τ
                          ∫ ϕ m (t )ϕ m+1 (t )dt
                          0
                   ρm =       τ
                                                   =0           (3 )
                               ∫ ϕ (t )dt
                                  2
                               0




Рис. 4. Примеры построения канальных сигналов с использованием ЧВМ



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика