Базовое домашнее задание. Первый вариант - shikardos.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Базовое домашнее задание. Первый вариант - страница №1/3




Базовое домашнее задание. Первый вариант.

Оцените обнаружительные возможности сканирующего микрофона напраленного действия, структура которого описывается схемой, показанной на рисунке 1. Микрофон предназначен для поиска и обнаружения источника акустического излучения с известными признаками на фоне излучения других источников. Формально задача решается моделированием акустоэлектронной подсистемы КПС.


Рис 1. Структура акустоэлектронной подсистемы КПС

Где на рисунке 1.:


  • 1 - источник сообщения на аддитивном фоне (шумах),

  • 2 – антенна (акустическая линза, зеркало),

  • 3 – сканирующее устройство,

  • 4 - детектор излучения, микрофон,

  • 5 - электронный тракт.

Инспекция осуществляется по схеме, показанной на рисунке 2.

Рис 2. Схема инспекции; Приемная подсистема 1, Приемная подсистема 2 – два положения микрофона.

Где на рисунке 2.:


  •  \theta \,\! – угол пеленга [рад],

  •  – сила излучения на частоте f вдоль линии визирования (распределение потока излучения  частоте f в телесном угле Ω) [Вт/срад],

  •  l_{max} \,\! – максимальная дальность обнаружения [м],

  •  j (\theta) = j_0 \cos (\theta)\,\!  [Вт/срад),  - безразмерная величина (см. рисунок 4.)

В акустике, как и фотометрии учитываются и спектральные (частотные) свойства излучения. Длина волны λ = 330/f [m]

Энергетические характеристики акустического излучения часто задаются в децибелах L = 10 lg(I/I0). I – интенсивность излучения,

I0 = 10-12 – пороговое значение интенсивности.

Задачами оценки являются обнаружение источника излучения, определение его положения и последующее распознавание передаваемого сообщения. Антенна (акустический рупор) формирует «изображение» источника акустического излучения, который находится в практической бесконечности.

Рис. 3. Схема инспектирующей подсистемы: ДИ – приемник (детектор) акустического излучения, собсьвенно микрофон, ЭТ – электронный тракт, ВУ – воспроизводящее устройство, ГШ – «генератор аддитивного шума» - приведенных шумов ДИ и аналогового ЭТ

Слой пространства характеризуется спектральным пропусканием атмосферы –  - смотри Рис. 4.

Нормированный импульсный отклик акустической линзы (антенны) моделируется гауссоидой:

 h^{gc}_{\beta} (x\',y\')= h_1 e^{-2 \left [ \left ( \frac{x\'}{x_d} \right )^2 + \left ( \frac{y\'}{y_d} \right )^2 \right ]} \,\!

 h^{gc}_{\beta} (r\')= h_0 e^{-2 \left ( \frac{r\'}{r_d} \right ) } \,\!

Значения конструктивных параметров  d_{3p}, d_3 \,\!  и параметра  rd приводятся в таблицах индивидуальных заданий. Типы и параметры сканирующего устройства приводятся в таблицах индивидуальных заданий. Для всех домашних заданий устанавливается размер поля анализа (сканирования) -  p_a \times p_a = 10 \times 10 mm \,\!, угловое поле анализа (обзора)  w_0 = 2 \frac{p_a}{f_0} \,\! [рад].

Параметры приемника (детектора) излучения (ПИ)

Микрофон характеризуется спектральной (частотной) вольтовой чувствительностью:



 s_{\lambda} = s \cdot s_{\lambda otn} \,\!

 [ В/Вт ], 

 τλI – спектральное пропускание атмосферы (слоя воздуха) (см. Рис. 4.)

Значения  s_0 \,\! приводятся в таблицах индивидуальных заданий.


Рис 4. Спектральные (частотные) характеристики излучателя, слоя пространства. Примечание: приведенные характеристики весьма условны и получены путем пересчета данных, приводящихся в справочниках по акустике.

.

Относительная частотная (спектральная) чувствительность типового микрофона.

Sотн = Sλотн = S(f)/Smax, S = Uвых/L, ), λ = 330/f
Рекомендация для расчета энергетического коэффициента К, входящего в состав выражения для расчета амплитуды детерминированного сигнала Ф(t). Потребуется найти значение интеграла K = . Полезно взять БПФ от произведения . Значение нулевой гармоники спектра составляет искомое значение.

Характеристика шумов ДИ и аналоговой части ЭТ моделируется выражением:



= 10-9 /[1+()2] [Bт2 Гц-1]
Математическая модель, описывающая временные свойства ПИ (микрофона) иЭТ

ПИ и ЭТ описываются совместно, как фильтр низких частот, имеющий передаточную функцию апериодического звена:



 h(v_t) = \frac{1}{1+2 \pi j \tau v_t} \,\!

Где  \tau \,\! – постоянная времени апериодического звена, значение которой приводятся в таблицах индивидуальных заданий.



Фоновая подсветка (шумы) в слое пространства характеризуется следующими моделями

При преобразовании случайного сигнала от фона обычно используются не линейные, а угловые координаты, а также не линейные, а угловые пространственные частоты. В приведенных ниже моделях, а также в выражениях для передаточных функций и импульсных откликов, необходимо заменить \xi_k \,\! на  \theta_k \,\!\eta_k \,\! на  \gamma_k \,\!v_x \,\! на  v_{\theta} \,\!v_y \,\! на  v_{\gamma} \,\!\rho_k \,\! на  \omega_k \,\!, где \theta_k, \gamma_k, \omega_k \,\!, выражаются в рад, а v_{\theta} = v_x \cdot f\', v_{\gamma} = v_y \cdot f\', v_{\omega} = v \cdot f\' \,\! выражаются в 1/рад (1/мрад), где – фокусное расстояние объектива инспектирующей подсистемы.f\'-100\ мм для всех вариантов домашнего задания.

Фон представляет структуру с пространственным спектром, модели которого приведены ниже. Дисперсия яркости фона  \sigma = 4,5 \times 10^{-4} \,\! Вт2∙м-4∙ср-2, радиус корреляции фона \rho_k=0,0175\ ,математическое ожидание яркости фона m_l=0,3\ Вт*м-2 для всех вариантов.

1) Для относительно крупноразмерных (шум промышленного предприятия) неоднородностей (Вариант для ИУ8-81, фон изотропный) спектральная плотность фона:



 k r_l (v_x, v_y) = \frac{4 \pi \xi_k \eta_k \sigma^2_l}{\left [ 1 + (2 \pi \xi_k v_x)^2 + (2 \pi \eta_k v_y)^2 \right ]^{\frac{3}{2}}} \,\!\color{maroon} (1) \,\!

где \xi_k \,\! и \eta_k \,\! – интервалы корреляции случайного яркостного фонового поля вдоль осей x и y соответственно; \sigma^2_l \,\! – дисперсия этого поля. Различие между значениями \xi_k \,\! и \eta_k \,\! характеризует анизотропию фона. Если фон однородный и изотропный, то \xi_k = \eta_k = \rho_k \sqrt{2} \,\! , тогда \color{maroon} (1) \,\! принимает вид



 k r_l (v_r) = \frac{2 \pi \rho^2_k \sigma^2_l}{\left [ 1 + (2 \pi \rho_k v)^2 \right ]^{\frac{3}{2}}} \,\!\color{maroon} (2) \,\!

где v^2 = v^2_x + v^2_y, \rho^2_k = \xi^2_k + \eta^2_k \,\! – радиус корреляции.

2) Для относительно малоразмерных (шум толпы) неоднородностей (Вариант для ИУ8-82, фон изотропный) спектральная плотность фона:

 k r_l (v_r) = \frac{2 \pi \rho^2_k \sigma^2_l}{\left [ 1 + (2 \pi \rho_k v)^2 \right ]} \,\!\color{maroon} (3) \,\!

где v^2 = v^2_x + v^2_y, \rho^2_k = \xi^2_k + \eta^2_k \,\! – радиус корреляции.

3) Для искусственных помех (заградительный шум) (Вариант для ИУ8-83, фон изотропный) спектральная плотность фона:  k r_l (v_x, v_y) = f \left \{ \sigma^2_l e^{- \frac{1}{\sqrt{2}} \left ( \frac{|\xi|}{\xi_k} + \frac{|\eta|}{\eta_k} \right )} \right \} = \frac{8 \sigma^2_l \xi_k \eta_k}{\left [ 1 + 2(2\pi\xi_k v_x)^2 \right ] \cdot \left [ 1 + 2(2\pi\xi_k v_y)^2 \right ]} \,\!

\color{maroon} (4) \,\!

Можно принять, что \rho^2_k = \xi^2_k + \eta^2_k \,\! – радиус корреляции т.к. фон изотропный.

4)Подансамбли однородных «облачных» образований (Вариант для ИУ8-84) можно характеризовать следующими зависимостями для корреляционной функции.

kr_l(\rho)=\sigma_l^2exp(-\rho^2/\rho_k^2)\ ,

\rho_k^2=\varepsilon_k^2+\eta_k^2-радиус корреляции,\varepsilon_k\  и \eta_k\ - интервалы корреляции случайного яркостного фонового поля вдоль осей x\  и y\  соответсвенно;\sigma_l^2\ -дисперсия этого поля,

и спектральной плотности.



\bar {k}r_l(\nu)=\pi \rho_k^2\sigma_l^2exp\bigg[-(2\pi\rho_k\nu)^2/4\bigg]\ ,

где \nu^2=\nu_x^2+\nu_y^2\ - квадраты пространственных частот.



Задание для группы ИУ8-81

Необходимо определить максимальный угол пеленга при заданной дальности обнаружения l_{max} \,\! для максимальной условной вероятности обнаружения не менее 0.9 и максимальной условной вероятности ложной тревоги не более 0.05.

Сканирование осуществляется одноэлементным растром в виде квадрата с размерами a_p \times b_p \,\! по возвратно - поступательному линейному закону со скоростью v_x = \omega \cdot f_0, \omega = 12 \,\!рад/с, значения фокуса акустической линзы для всех вариантов составляет 100\  мм.

Варианты исходных данных приведены в таблице 1.



Задание для группы ИУ8-82

Необходимо определить значения максимальной условной вероятности обнаружения и максимальной условной вероятности ложной тревоги при максимальную дальность обнаружения l_{max} \,\!. Варианты исходных данных приведены в таблице 1.

Сканирующее устройство выполнено в виде равномерно перемещающейся решетки из щелей.

Рис 6.


Скорость v_x = \omega \cdot f_0, \omega = 12 \,\!рад/с,значения фокуса акустической линзы для всех вариантов составляет 100\ мм

Варианты исходных данных приведены в таблице 2.



Задание для группы ИУ8-83

Необходимо определить максимальную дальность обнаружения l_{max} \,\! при максимальной условной вероятности обнаружения не менее 0.9 и максимальной условной вероятности ложной тревоги не более 0.05. Варианты исходных данных приведены в таблице 3.

Сканирующее устройство выполнено в виде равномерно возвратно-поступательно перемещающейся щели.

http://www.gir.bmstu.ru/wiki/images/f/f1/2sem_dz_06.png
Рис 7.

Скорость v_x = \omega \cdot f_0, \omega = 12 \,\!рад/с, значения фокуса объектива для всех вариантов составляет 100\  мм.

Варианты исходных данных приведены в таблице 3.

Задание для группы ИУ8-84

Необходимо определить максимальную дальность обнаружения l_{max} \,\! при максимальной условной вероятности обнаружения не менее 0.9 и максимальной условной вероятности ложной тревоги не более 0.05. Варианты исходных данных приведены в таблице 4. Сканирующее устройство.

Просмотр углового поля осуществляется прямоугольной диафрагмой с размерами Ар (поперек сканирования) на Вр (вдоль сканирования) за счет строчно-кадрового сканирования (строка под строкой),. Угловая скорость поворота линии визирования в направлении строки \omega = 12 \,\! рад/с.

Таблица 1






 r_d= r_{kp}[mm] \,\!

 d_{3p}[mm] \,\!

 d_s [mm] \,\!

 s_0 \,\!

 l_{max} [km] \,\!

 a_p [mm] \,\!

 b_p [mm] \,\!

 \beta_0 [mm] \,\!

 j_0 \times 10^4 \,\!

[Вт/срад]

 \tau \times 10^{-3} [c] \,\!

1

0.1

100

20

3

5

1

0.8

0.001

3

1

2

0.3

80

20

5

10

0.9

1

0.002

5

3

3

0.5

90

30

10

4

2

0.8

0.001

4

2

4

0.3

150

40

4

6

0.8

0.4

0.003

9

7

5

0.2

100

20

1

3

1

0.8

0.002

8

5

6

0.4

80

20

6

8

0.8

1

0.001

6

3

7

0.1

100

30

3

10

0.4

0.8

0.002

7

4

8

0.3

80

40

8

6

1

0.4

0.001

3

1

9

0.2

90

20

10

3

0.9

1

0.003

9

7

10

0.5

150

20

4

8

2

0.9

0.002

10

6

11

0.4

100

30

3

10

0.8

2

0.001

4

1

12

0.1

80

40

5

6

1

0.8

0.003

3

3

13

0.4

100

20

10

3

0.8

1

0.002

5

2

14

0.3

80

20

4

8

0.4

0.8

0.001

4

7

15

0.4

90

30

1

10

0.8

0.4

0.002

9

5

16

0.2

150

40

6

6

1

0.8

0.001

8

3

17

0.1

100

20

3

3

0.8

1

0.003

6

4

18

0.3

80

30

8

8

0.4

0.8

0.002

7

1

19

0.1

100

40

10

10

1

0.4

0.001

3

7

20

0.5

80

20

4

4

0.9

1

0.003

9

6

21

0.4

90

20

3

3

2

0.9

0.002

10

1

22

0.3

150

30

5

5

0.8

0.8

0.001

4

3

23

0.2

100

40

10

4

1

0.4

0.002

7

2

24

0.6

80

20

4

3

0.8

1

0.001

3

7

25

0.4

80

30

1

5

0.4

0.9

0.003

9

5

26

0.4

90

40

6

4

1

2

0.002

10

3

27

0.3

150

20

3

3

0.9

1

0.003

4

4

следующая страница >>