Correlatori digitali e disturbi

Ondulazioni su correlazione digitale in presenza di disturbi

L'analisi del comportamento del binomio correlatori digitali e disturbi è necessaria per evidenziare come variano le funzioni di correlazione quando i segnali da elaborare sono inquinati dai disturbi.

L'esigenza di questa analisi è fondamentale quando i processi di correlazione sono parte dei sistemi di scoperta sonar; dall'effetto dei disturbi sui segnali si determinano le portate di scoperta dei localizzatori subacquei.

Rivisitazione algoritmi di correlazione

Per esaminare gli effetti dei disturbi sui processi di correlazione digitali è necessario scrivere l’algoritmo relativo alla correlazione incrociata tra due segnali $f1(t)\ e\ f2(t)$  :

l'algoritmo citato, formulato per assenza di disturbi, è riportato nella 1):

$C(\tau )=(2/\pi )\arcsin \left\{{\frac {\sin \ [2\cdot \pi \cdot DF\cdot (\tau -\tau *)]\cdot \cos \ [2\cdot \pi \cdot Fo\cdot (\tau -\tau *)]}{[2\cdot \pi \cdot DF\cdot (\tau -\tau *)]}}\right\}\ \ \$ 1)

La crva di $C(\tau )$ per i valori di:

$F1=2000\ Hz$

$F1=6000\ Hz$

$\tau *=200\ \mu s$

$\tau$ variabile da $0\ a\ 1000\ \mu s$

è tracciata in figura:

Andamento della 1) in funzione di $\tau$

In evidenza due particolari di questa curva per confrontarli in seguito con analoghi in presenza dei disturbi:

• Il massimo della $C(\tau )$ per $\tau =200\ \mu s$ ha ampiezza massima normalizzata ad $1.$

• Il massimo della $C(\tau )$ è distinto da una cuspide caratteristica della presenza nella 1) della funzione arcoseno.

Calcolo della C(tao) in presenza del disturbo

In questa sezione le ampiezze dei segnali $F1(t)\ e\ F2(t)$ applicate all'ingresso del correlatore sono uguali e le indichiamo con $si$.

Analogamente i disturbi $n1(t)\ e\ n2(t)$ che inquinano i segnali hanno uguale ampiezza $ni$ e si intendono tra loro non coerenti.

L'algoritmo di cui al titolo è riportato nella 2):

$C(\tau )=(2/\pi )\arcsin K\cdot \left\{{\frac {\sin \ [2\cdot \pi \cdot DF\cdot (\tau -\tau *)]\cdot \cos \ [2\cdot \pi \cdot Fo\cdot (\tau -\tau *)]}{[2\cdot \pi \cdot DF\cdot (\tau -\tau *)]}}\right\}\ \ \$ 2)

dove $K$ è una variabile dipendente dal rapporto tra l'ampiezza del segnale $si$ e l'ampiezza del disturbo $ni$ secondo la 3):

$K=\left[{\frac {1}{1+(ni/si)^{2}}}\right]\ \ \$ 3)

Dalla 3) si osserva che se il rumore è assente: $ni=0$ si ha $K=1$ e la 2) è identica alla 1).

Andamento dell'ampiezza di $C(\tau *)$ per quattro diversi valori del rapporto segnale disturbo

La variazione del rapporto $(si/ni)$ trasforma completamente l'andamento della curva relativa all'algoritmo 1) così come mostrano i seguenti quattro tracciati di figura:

Le quattro curve mostrano la trasformazione della 1) mano a mano che il rapporto s/n decresce

-Per $si/ni=20\ dB$ (rapporto $10\ a\ 1$ ) la $C(\tau )$ ha un valore di poco inferiore ad $1$ e la cuspide si è di poco alterata.

-Per $si/ni=10\ dB$ (rapporto $3.3\ a\ 1$ ) la $C(\tau )$ ha un valore di $0.7$ e la cuspide si è trasformata nell'andamento della funzione $(\sin \ x)/x$ .

-Per $si/ni=0\ dB$ (rapporto $1\ a\ 1$ ) la $C(\tau )$ scende a $0.3$.

-Per $si/ni=-6\ dB$ (rapporto $1\ a\ 2$ ) la $C(\tau )$ scende a $0.1$.

In figura si osserva che mano a mano che l'ampiezza delle curve decresce aumenta lo spessore della traccia; questo fenomeno è dovuto al peggioramento del rapporto $si/ni$ che evidenzia la presenza della varianza che è più marcata per piccoli rapporti $si/ni.$

Andamento di C(tao) in funzione di si/ni

$C(\tau *)$ in funzione del rapporto si/ni espresso in decibel

L'andamento dell'ampiezza della $C(\tau )$ per $\tau =\tau *$ normalizzata all'unità è dato dalla funzione:

$Sux=(2/\pi )\cdot \arcsin \left[{\frac {1}{1+(ni/si)^{2}}}\right]\ \ \$ 4).

L'andamento di $Sux$ in funzione del rapporto $si/ni$ espresso in decibel è riportato in figura, per $si/ni$ variabile da -$60\ dB$ (rapporto $1/1000$) a +$60\ dB$ (rapporto $1000/1$)

Lo studio del comportamento della 2) e della 4) sono di fondamentale importanza per la scoperta di piccoli segnali coperti dai disturbi.

Note

Annotazioni

Fonti

Bibliografia

• Giuseppe Pazienza, Fondamenti della localizzazione marina, La Spezia, Studio grafico Restani, 1970.
• C. Del Turco, La correlazione, Tip. Moderna La Spezia, 1993. (testo disponibile su Collegamenti interni)

Collegamenti esterni

• N° FASCI Selenia
• Sonar FALCON
• Schemi sonar FALCON
• Testo discorsivo sul sonar
• testo tecnico sulla Correlazione