4.3. Требования к частоте дискретизации и уровням квантования сигналов в ЦИФАР

Требования к частоте дискретизации сигналов в ЦИФАР. Требования к частоте дискретизации сигналов несколько отличаются от обычных для частотно-временной обработки сигналов, устанавливаемых в соответствии с теоремой отсчетов [4, 5], а именно:

где полоса частот полезного сигнала.

Для обеспечения высокой помехозащищенности ЦИФАР реальная полоса пропускания частот приемного тракта и соответственно частота дискретизации при аналого-цифровом преобразовании сигналов существенно (по крайней мере, на порядок) повышается, по сравнению с требованиями (2.1), т. е.

Это осуществляется с целью обеспечения следующих функций ЦИФАР:

- компенсации группового запаздывания сигналов;

- обеспечения спектрального анализа помех в максимально возможно реализуемой полосе в пределах рабочего диапазона частот

- выравнивания частотных характеристик приемных трактов в полосе обрабатываемого сигнала

Достигнутый в настоящее время уровень технологии АЦП дает возможность проводить аналого-цифровое преобразование сигналов с частотой с восемью и более разрядами, что позволяет эффективно обрабатывать сигналы с полосой 10 - 20 МГц.

Требования к уровням квантования сигналов в ЦИФАР. Характеристики квантования сигналов устанавливают цену младшего разряда при квантовании сигналов и число разрядов квантования в АЦП. Оптимизации условий квантования амплитуды сигналов в АЦП (в части цены младшего разряда) посвящен ряд работ, выполненных в конце 60-начале 70-х г.г. XX века, когда начиналось внедрение цифровых методов и устройств обработки сигналов.

В настоящее время можно считать практически установленной и общепринятой величину младшего разряда - А (дискрет квантования), равной среднеквадратическому значению шума - а на входе АЦП, т. е. Выбранная таким образом величина дискрета квантования — А обеспечивает приемлемые характеристики качества цифровой обработки сигналов, характеризуемые величиной энергетических потерь - при выделении сигнала из шума, составляющую Требования к числу уровней квантования (число разрядов квантования в АЦП) определяются динамическим диапазоном совместной линейной обработки сигналов в ЦИФАР. Следует отметить, что преобразование сигналов в цифровую форму, проводимое в ЦИФАР на более ранней стадии, чем в традиционных системах позволяет реализовать чрезвычайно большой динамический диапазон совместной линейной обработки («мгновенный динамический диапазон») при пониженных требованиях к числу уровней квантования сигнала в АЦП. Действительно, в логарифмическом масштабе (в децибелах) результирующий динамический диапазон совместной линейной обработки сигналов на выходе ЦИФАР можно представить в виде следующей суммы:

где: - число разрядов эффективное число излучающих элементов эффективная размерность частотно-временной обработки сигналов ЦИФАР.

Первое слагаемое в выражении (4.9) определяет динамический диапазон собственно АЦП, второе - увеличение динамического диапазона за счет пространственной обработки сигналов, третье - увеличение динамического диапазона за счет частотно-временной обработки сигналов ЦИФАР. При этом в качестве минимального уровня сигнала на всех этапах обработки принято среднеквадратичное значение шума после завершения обработки соответствующего этапа.

Соотношение (4.9) позволяет определить требования не только к числу разрядов АЦП, но и минимизировать требования к разрядной сетке сигнальных процессоров на различных этапах обработки сигнала в ЦИФАР. Это позволяет существенно снизить объем аппаратуры цифровой обработки сигналов, что особенно важно в случае применения матричных умножителей с фиксированной запятой, производительность которых обратно пропорциональна числу разрядов обрабатываемого сигнала.

В качестве примера оценим мгновенный динамический диапазон ЦИФАР при следующих значениях параметров: . В данном примере динамический диапазон ЦИФАР составляет .