【word】 基于MATLAB的数字电视信号无源性能仿真研究

【word】 基于MATLAB的数字电视信号无源性能仿真研究 基于MATLAB的数字电视信号无源性能仿 真研究 科学论坛科j攀璃 基于MATLAB的数字电视信号无源性能仿真研究 刘文林 (湖南厂’播r视台覆盖传输r}1.fl,410003) 【摘要】本文基于MATLAB软件,分析了数字电视信号的模糊函数,并以数字电视信号中的:阶系统为例,用MATLAB软件对其进行零状态响应的仿 真.然后通过对空中已有的数字电视信号进行了采集和性能分析,与调频,播信号的性能特点进行了对比,得出数字电视信号在频谱稳定性和利用率上 远高于调频广播信号的结论. 【关犍词】数字电视信号分析MATLAB仿真 1,引言 MATLAB是美国MathWorks公司用C语言开发出来的具有强大科技计 算,图形处理,可视化和开放式的科技应用软件,是一种用于科学工程计算 的高效率的高级语言,目前被广泛应用于信号与像处理,控制系统设 计, 通信仿真,数学建模和统计分析等领域的汁算机辅助设计,分析和设计T 作中.它具有以下主要特点: 1)运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率高.MATLAB除了提 供和C语言,样的运算符号外,还提供厂一泛的矩阵和向量运算符.利用其 运算符号和库函数可使其程序相当简短,两三三行语句就可实现JL十行甚至 几百行C或FORTRAN的程序功能. 2)既具有结构化的控制语句(如for循环,while循环,break语句,if 语句和switch语句),又有面向对象的编程特性. 3)图形功能强大.它包括可以修改图形及编制完整图形界面的低层次 的绘图命令,还包括对二维和三维数据可视化,像处理,动画制作等高层 次的绘图命令. 4)功能强大的工具箱.工具箱可分为两类:功能性工具箱和学科性llI: 具箱.功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真功能,文 字处理功能以及与硬件实时交互的功能.而学科性工具箱是专业性比较强 的,如优化工具箱,统计工具箱,控制工具箱,小波工具箱,图象处理工具 箱,通信工具箱等. 5)易于扩充.除内部函数外,所有MATLAP,的核心文件和工具箱文件都 是可读可改的源文件,用户可修改源文件和加入自己的文件,它们可以与 库函数一样被调用. MATLA得到了许多人的关注,研究和广泛的应用(如电子,数字水印, 数字图像处理,通信等). 2,数字电视信号与调频广播信号的对比分析 目前,我国的数字电视技术发展迅速.数字电视开路j播(DVB—T)的瞬 时带宽达到7MHz,稳定的频域特性意味着可以获得更高的距离分辨能力 和测量精度.因此基于数字电视信号的非合作式无源性能将会被霞点关 注,研究.但是,目前关于基于数字电视的无源性能的认识不尽相同.凶此, 对实际的数字广播电视信号展开分析是关键和必需的. 2.1数字电视信号的模糊函数 模糊函数是分析,比较信号的有力工具,它用来衡量波形的分辨力,模 糊度,测量精度和抑制杂波能力.其定义为 .)={,十[11 其中f,1为数字电视信号的复包络,由于数字电视信号可以认为是一个平稳的夏随机过程, 因而无法得出其模糊函数的确定睦达式,但仍可根据其统计特眭柬确定其在统计平均意义下童勺 平均模糊函数(‘) , 可以利用几何级数的特胜对其整理得到单次平均模糊函数为 而:二一me;2*ct. sm{:1} : ,.sm(zNrT__ eJ?-F, sin(T) 粤em~5-1=b[小 2.2数据采集仿真 数字电视外辐射源选择的是湖南某地区的数宁,与理论值相符.调频信号平均带宽为 50KHz,理论分辨率为6Km,实际采集FM数据带宽较小,分辨率为15Km. 从上述几幅图中可以看出数字电视信号的模糊函数图远优于调频 广 播信号的模糊函数图,数字电视信号的模糊函数图没有高的距离和多普勒 副瓣且具有高的足巨离分辨率,在同等条件下数字电视信号的Ifl标检测性能 明显优于调频信号的检测性能. 3,基于MATIAB的仿真应用与计算分析 3.1系统时域响应的模拟解 在数宁电视外辐射测试中我们为了求解系统的响应,需建立系统的微 分方程,通常实际系统的微分方程可能是一个高阶方程或是一个一阶的微 分方程组,南于求解很困难,加上不同系统的微分方程有着惊人的相似之 处,所以我们可用电系统来模拟各种实际的非电系统,并能获得该实际系 统响应的模拟解,然后通过MATLAB模拟输出的瞬态响应,即系统微分方程 的解.下面就以数字电视信号中的二阶系统为例,用~ATLAB软件对其进行 零状态响应的仿真. 数lUl.阶{i1齐玖微分,J,+t:=f1,+一,;中v为系统的被 控0,x系4入,!LIg蛐l3_ 图3数字电视信号二:阶系统的模拟电路 ?拟j:+墨:+,ff_:t门_1, El?志=志,丘志鲁 i1::tJ’嚣R.fg:/:1,=02.铀逸q=(=It 丑=RRj=R=R.:如=Il1正2,I,《K=K=–l=:=1么,j?{3-1)lJ_改 为d2lt2枷等 z0?j’}Lf.’f彖娩I:J!也进筝状态lr4I伯俯f.改轿i入f (r)=*Ul(OI『J.蚓I]RATLAB~IiI’jj卜:t=[0:01:5o]:b=[1]:a=[10.1], xl=sin《0.1pi$t):v1=1sim(b.a,x1,t):D1ot(t.v1) glid011:xlabelft’)title筝状态f1日f) 运行程序,如图4所示,从图中我们可清楚地看到数字电视信号二阶 系统实验电.路的零状态响应输出曲线. 一?一.-一一:一一一一 科学论坛 ^n1 ?}『_『 0Ir. Y3,e {ljl 古. ?i fU 图4正弦波输入的零状态响随波形臣jM(f)=p-t』(,)时的零状态响应波形 如果改变输入信号,令U1)=U(t),用MATLAB编写程序,只需将输 入数字信号稍加改变即可.程序如下:t=[0:0.1:50]:b=[1]:a=[10.21]: xl=exp(1t): Yi=Isim(b,a,xl,t):plot(t,Y1):grid 零状态响应’) 运行稃序,如图5所示. 通过绘制的波形可看出,利用MATLAB对连续时问系统的时域进行分 析,可以直,方便地观察数字电视信号系统的响应波形图 3.2数字电视信号Rc的频上戈分析 数字电视信号系统的频域分析生要研究的是傅里叶级数和傅里叶变 换在线性时不变系统中的应用. 图6数宁电视信号Rc电路 lj,(,)辐人f?.};”j’J’LJl,f/ij(,)为1?,).州, 数74001.州敬Jrl,i:五统的r城lt土文 l H(co)一.1O… O 一 3-2)l ,(+100 R——C— jco+— jMATLAB竣{jK;系10:l}}IP{+『Ii肌}Ir{,fin【:: RC0.01w0:i0:1000:H=(1/R(‘).(jw+1.RC):magH=abs(HJ: angH=180:angle(H)pi:subplot(,1,1),plot(w,magH) subplot(,1.:),plot(w.angH) 科学与财富 可见,数字电视信号Rc电路的截Jh频率为ff)o=]00rad,s,仿真结果可以 方便地观察数字电视信号的幅频特性和相频特性 4,数字信号杂波对消性能与目标检测性能对比分析 因为调频信号和数字电视信号都具有一定的非平稳特性,自适应权值 必需在信号统汁特性改变前稳定,因此需要选择收敛速度较快且计算鼓较 低的自适应算法.归化LMS(LeastMeanSquare)算法是满足述要 求的一种对消算法,本文将此算法用于杂波对消中. 为了使仿真结果更何参考价值,我们利用实际采集的数字电视信号数 据构造目标同波,直达波和地物杂波以及参考信号.阵商信号…}]标 信号 和杂波信号构成,杂信比为50dB.目标信号化于第300个距离单元,多普 勒速度为200m/s(在第21个多普勒单元).图8是对消前和对消面 波和参考信号的多昔勒脉压的脉压结果,从图中可以看到,对消前零多普 勒频率的强杂波,其杂波旁瓣淹没了目标回波的主瓣,无法发现?标.刈消 后杂波旁瓣电平明显降低了,目标出现在第300个距离单元,第21个多普 勒单元.脉压后信杂比约为27dB. 瓤甄. ?; 甏誊 圉8对消前(左)和对消后(右)目标检测图 5,结束语 数字电视信号无源性能仿真结果表明地面广播数宁电视信号在频谱 稳定性和利用率卜远高于凋频广播信号,其模糊由勺数图为近似理想的”图 钉型”,无高的距离和多普勒旁瓣,模糊函数远优于FMr播信号,具自较 高的距离分辨率(约37米).试验还利用采集的真实信号进行分析研 究,试 验结果:数字电视信号杂波对消算法性能稳定,对消比可达40dB,数I 坦 视信号的特性使其必然成为非合作式双多基地照射源的优先选抒. 参考文献 lljH.O.Griffiths,Fromadifferentperspective:prir1ci P1es,practiceandpotentialofbistaricradar.Radar Conference,2010,Sept35.2010,PP.17 l2JSpecialIssueonPassiveRadarSystemslEEPr.c onRadar,SonarandNayigation,June2009,Vo1.152. Issue3,PP106—223. 13jZhengHeng,BistaticRadarExperimentBased.I1FM BroadcastTransmitier,2009InterConfonRadarSystera, October2009. [4]ZhengHeng,AccidentalRadioJammingSuppressionln PassiveRadar,IEEE2008RadarConf., Rome,Ita1vMav 2008,PP.1833一l837? (上接第294页),矗:通信网络,搞好后勤保障等程序实施,保证灭火 工作有 序开展. 我们要建立一支”纪律严明,作风优良,训练有素,装备精良,技术过 硬”的专业森林消防队伍. 3.3加人科技力量,时新技术进行高效应用 1987年8月,在特大森林火灾后的大兴安岭两林吉,当时的国家森林 防火总指挥部总指挥田纪云I—J志写下了”运用现代科技成果,加强护林防 火能力,保护我圈绿色宝『车”的指示.为我国今后林火管理指明了方向. 近几年,在新技术的应用方面我们有了进步,如:人工促进降雨,森林 化学灭火,利用红外线探火仪和红外摄影探测林火,利用人造地球卫星探 测林火,利用电子计算机进行火险预报,计算并确定最适合的防火方案等 技术手段在森林防火就有方面进行了应用.但是距离发达国家的水平还有 很大的差距,很多的新技术还没有得到合理的应用.所以我们要不断地加 大科技力量,对新技术进行高效,速效的应用,为森林防火工作提供科学 的,现代化的武器. 3.4加强航空消防建设,提高空_1]灭火能力 由于1s机具有速度快,观察区域大,机动性强等优点,因此侥交通不 便,人烟稀少的偏远和原始林区多采用飞机巡护,特别适用于我省的森林 防护工作.所以更要加强航空消防建设,提高空中灭火能力,做好我省森林 防护工作最敏锐的”眼睛”. 以上几点便是我对我省森林火灾防护工作的建议.此外还nJ以开眨森 林防火讲座,科普宣传等来促进相关工作的开展.森林火灾防护f:作是 项长期的细致的工作,需要我们时刻保持清醒头脑,敏锐的观察力与耐心 细致的工作态度.? 213薏| j