биение амплитуды при оцифровке синусоиды AD1871 Опции

[hoochie_coochie_...]

Подскажите новичку что это. При оцифровке синусоиды с генератора (АЦП AD1871, 48кГц) с частотами близкими к 4кГц, 8кГц, 16кГц, на оцифрованном массиве вижу биения амплитуды. По мере приближения к 1/2 частоте сэмплирования их размах достигает 90%!!. аналоговый ФНЧ на входе картину не меняет. Чё с этим делать?

[Vascom]

Как я уже говорил, проблемы возникали из-за биений амплитуды при оцифровке синусоиды на определённых частотах (1/2 Fs, 2/3 Fs и т.п.) Такой алгоритм - это метод борьбы именно с этими биениями.

Он действительно помог, проблема решена (ещё многое надо протестировать и подогнать, но в целом ситуация радужная). Задержка сигнала получается ~20 тактов, не так уж и много.

В свете приёма GPS сигналов что-то тут с концепцией не то.

Что не то?

[petrov]

Что не то?

Не достаточно разве 1 бит АЦП, помеха на выходе коррелятора просто размажется? Кроме того в такой массовой области нету готовых фильтров аналоговых?

[Vascom]

Не достаточно разве 1 бит АЦП, помеха на выходе коррелятора просто размажется? Кроме того в такой массовой области нету готовых фильтров аналоговых?

Помеха размажется только если она слабая. Если же амплитуда помехи раз в 10 больше сигмы шума (шум + сигнал, сигнал меньше шума), то коррелятор ни чего не сможет сделать. Коррелятор - это когерентный накопитель, на выходе которого шум должен стремиться к нулю, а полезный сигнал выдать некоторое мат. ожидание. Если же есть большая помеха (допустим гармоническая), то нормальной корреляции не будет. При оцифровке 1 битом или двумя вы оцифруете только помеху, а вся информация о шуме и сигнале будет потеряна.

У меня специфическая задача не в массовой области, тут аналоговые фильтры имеют много недостатков, присущих всей аналоговой технике.

Сообщение отредактировал Vascom - Sep 22 2009, 11:20

[samurad]

Помеха размажется только если она слабая. Если же амплитуда помехи раз в 10 больше сигмы шума (шум + сигнал, сигнал меньше шума), то коррелятор ни чего не сможет сделать. Коррелятор - это когерентный накопитель, на выходе которого шум должен стремиться к нулю, а полезный сигнал выдать некоторое мат. ожидание. Если же есть большая помеха (допустим гармоническая), то нормальной корреляции не будет. При оцифровке 1 битом или двумя вы оцифруете только помеху, а вся информация о шуме и сигнале будет потеряна.

У меня специфическая задача не в массовой области, тут аналоговые фильтры имеют много недостатков, присущих всей аналоговой технике.

Мне тоже кажется сомнительным решение автора, по крайней мере в оговоренных условиях. Многобитовый АЦП может помочь только в сравнительно узкой полосе.

Как я понимаю, первичная цель автора - выделение полезного сигнала вида ШПС (а именно GPS) на гребне мощной (много дБ перевес в мощности) гармонической помехи. Для ее достижения предлагается применить нелинейный АЦП, реализованный линейными средствами, т.е. линейные промежуточные АЦП, фильтр и ЦАП, что однако не совсем логично по следующим причинам.
- Если мощная помеха лежит в ВЧ, а именно в или вблизи полосы полезного сигнала (или выше), то первичная цель - это пушка по воробьям, т.к. полезный сигнал уже на входе последующего АЦП будет безвозвратно искажен на 40+% времени на фронтах подъема и спуска каждого гребня гармоники, что скорее всего приведет к слишком сильным потерям SNR на выходе коррелятора, несмотря на большие затраты за счет многобитового широкополосного АЦП высокого качества (малый джиттер и проч.), требуемое для работы с очень низким входным SNR из-за очень большой полосы (100 МГц = 50 раз шире полосы сигнала GPS L1 C/A) и изначально низкого уровня сигнала GPS на земной поверхности. В таких случаях обычно достаточно аналогового режекторного фильтра перед АЦП.
- Если мощная помеха лежит вне полосы полезного сигнала, а именно много ниже, так что большую часть времени периода последовательности полезного сигнала уровень помехи примерно постоянен для нормальной работы промежуточного линейного АЦП, то она отфильтровывается сравнительно просто аналоговым полосовым фильтром (или их каскадом) на ПЧ, как это обычно и делается (несмотря на все известные недостатки аналогоых фильтров), что делает динамический диапазон на входе АЦП малым, а нелинейный АЦП и быстрый АРУ - ненужными.
- В сравнительно узкой полосе между этими 2-мя случаями нелинейный АЦП представляется вполне логичным компромисным решением, но при этом не проще ли использовать непосредственно логарифмический усилитель + линейный АЦП вместо громоздкой линейной аппроксимации?

Если же помеха узкополосная импульсная, т.е. появляется и исчезает быстро, то возможно допустимо ее просто игнорировать из-за незначительного кол-ва искаженных символов полезной ШПС, но это зависит от максимальных параметров помехи и заданной вероятности ошибки приема полезной информации.

ИМХО, Вряд ли можно успешно бороться с мощными гармоническими помехами только цифровыми методами без соотвтествующих аналоговых фильтров, возможно перестраиваемых, или банка фильтров.
Кроме того, если применение гражданское, то полоса GPS сигналов нормативно защищена даже от слабых помех, и ситуация должна контролироваться спец.органами на постоянной основе, т.е. вероятность появления таких помех принебрежимо мала.

[Vascom]

Мне тоже кажется сомнительным решение автора, по крайней мере в оговоренных условиях. Многобитовый АЦП может помочь только в сравнительно узкой полосе.
Как я понимаю, первичная цель автора - выделение полезного сигнала вида ШПС (а именно GPS) на гребне мощной (много дБ перевес в мощности) гармонической помехи. Для ее достижения предлагается применить нелинейный АЦП, реализованный линейными средствами, т.е. линейные промежуточные АЦП, фильтр и ЦАП, что однако не совсем логично по следующим причинам.

Скажу сразу, что система предназначена для работы в любых условиях: наличие или отсутствие помех, различная модуляция помех (АМ, ЧМ, ФМ, импульсная модуляция). Применение системы не только для полосы сигнала GPS C/A (2 МГц), но и GPS P-code (20 МГц), и ГЛОНАСС, и GALILEO (~50 МГц). Естественно не всё это сразу в одном канале.
Далее подробнее по пунктам.

- Если мощная помеха лежит в ВЧ, а именно в или вблизи полосы полезного сигнала (или выше), то первичная цель - это пушка по воробьям, т.к. полезный сигнал уже на входе последующего АЦП будет безвозвратно искажен на 40+% времени на фронтах подъема и спуска каждого гребня гармоники, что скорее всего приведет к слишком сильным потерям SNR на выходе коррелятора, несмотря на большие затраты за счет многобитового широкополосного АЦП высокого качества (малый джиттер и проч.), требуемое для работы с очень низким входным SNR из-за очень большой полосы (100 МГц = 50 раз шире полосы сигнала GPS L1 C/A) и изначально низкого уровня сигнала GPS на земной поверхности. В таких случаях обычно достаточно аналогового режекторного фильтра перед АЦП.

Как я уже сказал, частота и другие параметры помехи неизвестны, никакие аналоговые фильтры не помогут. А цифровая фильтрация во многом лучше аналоговой. Для удаления помехи из полосы полезного сигнала применяется цифровой адаптивный фильтр.

- Если мощная помеха лежит вне полосы полезного сигнала, а именно много ниже, так что большую часть времени периода последовательности полезного сигнала уровень помехи примерно постоянен для нормальной работы промежуточного линейного АЦП, то она отфильтровывается сравнительно просто аналоговым полосовым фильтром (или их каскадом) на ПЧ, как это обычно и делается (несмотря на все известные недостатки аналогоых фильтров), что делает динамический диапазон на входе АЦП малым, а нелинейный АЦП и быстрый АРУ - ненужными.

Это невозможно, т.к. полезный сигнал находится на промежуточной частоте ~ 150 МГц, всё что ниже 100 МГц и выше 200 МГц надёжно вырезается ПАВ-фильтром.

- В сравнительно узкой полосе между этими 2-мя случаями нелинейный АЦП представляется вполне логичным компромисным решением, но при этом не проще ли использовать непосредственно логарифмический усилитель + линейный АЦП вместо громоздкой линейной аппроксимации?

Не совсем понял, что имелось в виду.

Если же помеха узкополосная импульсная, т.е. появляется и исчезает быстро, то возможно допустимо ее просто игнорировать из-за незначительного кол-ва искаженных символов полезной ШПС, но это зависит от максимальных параметров помехи и заданной вероятности ошибки приема полезной информации.

Помеха может быть любой, период и скважность импульсов может быть любой. В такой ситуации оптимальной стратегией является отслеживание любых изменений амплитуды сигнала.

ИМХО, Вряд ли можно успешно бороться с мощными гармоническими помехами только цифровыми методами без соотвтествующих аналоговых фильтров, возможно перестраиваемых, или банка фильтров.
Кроме того, если применение гражданское, то полоса GPS сигналов нормативно защищена даже от слабых помех, и ситуация должна контролироваться спец.органами на постоянной основе, т.е. вероятность появления таких помех принебрежимо мала.

Бороться с помехами в цифровом виде вполне возможно и очень успешно.
Даже если применение гражданское (такое и есть), то полоса GPS совершенно ни от чего не защищена. Помехи бывают не только специальные, но и непредвиденные. Например, РЛС в аэропортах, электроразряды молний и многое другое.

[samurad]

Скажу сразу, что система предназначена для работы в любых условиях: наличие или отсутствие помех, различная модуляция помех (АМ, ЧМ, ФМ, импульсная модуляция). Применение системы не только для полосы сигнала GPS C/A (2 МГц), но и GPS P-code (20 МГц), и ГЛОНАСС, и GALILEO (~50 МГц). Естественно не всё это сразу в одном канале.
Далее подробнее по пунктам.

Software GNSS receiver? Неплохо все сразу. Еще бикон, SBAS и сигнал точного времени забыли

Как я уже сказал, частота и другие параметры помехи неизвестны, никакие аналоговые фильтры не помогут. А цифровая фильтрация во многом лучше аналоговой. Для удаления помехи из полосы полезного сигнала применяется цифровой адаптивный фильтр.

У цифровой фильтрации много достоинств, однако если на выходе АЦП полезного сигнала фактически нет, напр., из-за подавления мощной помехой, то никакие цифровые методы не помогут.
Я согласен, что сканировать помеху, особенно мощную, с неизвестными параметрами в цифре проще. Однако...

Это невозможно, т.к. полезный сигнал находится на промежуточной частоте ~ 150 МГц, всё что ниже 100 МГц и выше 200 МГц надёжно вырезается ПАВ-фильтром.

...устранять ее в полосе сигнала в цифре можно, только если отношение мощностей сигнал/(помеха+шум) позволяет для данного вида модуляции и детектора. Для ваших -70 дБ вряд ли это возможно, во всяком случае уж точно не для GPS L1 C/A, для которого -30 дБ предел.

Не совсем понял, что имелось в виду.

Имеется в виду простой вариант нелинейного АЦП, выделяющий больше бит на высокие уровени, где находится более-менее востонавливаемый полезный сигнал.

Помеха может быть любой, период и скважность импульсов может быть любой. В такой ситуации оптимальной стратегией является отслеживание любых изменений амплитуды сигнала.

..."любой" - это не техническая постановка задачи, и соответственно оптимального решения может не иметь.

Бороться с помехами в цифровом виде вполне возможно и очень успешно.
Даже если применение гражданское (такое и есть), то полоса GPS совершенно ни от чего не защищена. Помехи бывают не только специальные, но и непредвиденные. Например, РЛС в аэропортах, электроразряды молний и многое другое.

Все помехи имеют свою классификацию и параметры, а приемник - свои слабые места. Вот из этого и надо исходить.