Проектування вузькосмугового цифрового фільтра для сигналів точного часу DCF77
Автор: Щербан Остап Олегович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Магістерська кваліфікаційна робота присвячена проектуванню вузькосмугового цифрового фільтра для сигналів точного часу DCF77. Передавач часового коду DCF77 випромінює сигнал часу та інформацію часового коду в довгохвильовому діапазоні 77, 5 кГц. Сигнал DCF77 зазвичай приймається активною феритовою антеною і подається на прямий приймач. Випрямлення і вирівнювання сигналу перетворюють декодований DCF77-сигнал в імпульсний рядок даних. Система DCF є досить простою і зручною. За допомогою нескладного і дешевого приймача можна знати точний час завжди і скрізь. Незважаючи на глобальну цифровізацію, такі прості рішення будуть затребувані ще досить довго. Фільтрація є однією з найбільш домінуючих операцій обробки сигналу, мета якої полягає в усунення шумів, що містяться в сигналі, або виділення окремих компонентів сигналу, які відповідають певним властивостям досліджуваного процесу. У техніці цифрової обробки сигналів все частіше використовуються цифрові фільтри, за допомогою яких виділяють, глушать або послаблюють певні частоти у сигналі для покращення співвідношення сигнал/шум. В останні десятиліття були розроблені методи фільтрації, специфічні для техніки вимірювання та обчислення. У результаті сучасних досліджень та реалізацій виникла можливість отримання деяких вигод у порівнянні із цифровими фільтрами: відсутність похибки квантування та можливість врахування завад у розширеному діапазоні змін сигналу. Крім того, в останні роки широко використовуваним став математичний базис подання сигналів за допомогою коротких сплесків (вейвлетів), унаслідок чого можуть оброблятися нестаціонарні сигнали, сигнали з розривами та у вигляді пачок. У перших двох розділах магістерської роботи зроблено огляд на радіосигнали точного часу та реалізацію цифрових фільтрів за допомогою сучасних інструментів. Системи точного часу мають прив’язку до різних сфер життя людей, вони сприяють проведенню різних експериментів та операцій по виявленню та протоколюванні. Синтез цифрових фільтрів є досить складним, адже неможливо створити фільтр із подібною частотною характеристикою до характеристики аналогового кола. Для синтезу ЦФ та обчислення їх коефіцієнтів було використано інструмент PyFDA, котрий здатний побудувати характеристики з графічним аналізом різного типу складності. У третьому розділі було отримано коефіцієнти цифрових фільтрів для конфігурацій А, Б та В згідно з технічним завданням та здійснено перевірку цифрового фільтра на прикладі фільтрації білого шуму. В результаті досліду було встановлено основні параметри, які впливають на роботу цифрового фільтра. Отримано значення частот фільтрів для точного визначення смуг запирання та пропускання, побудовано їхні амплітудно-частотні характеристики, а найважливіше – визначено порядки цих фільтрів. Значення порядків для кофігурації А, Б, В нерекурсивного фільтра відповідають наступним значенням: 483, 241, 120; для рекурсивного фільтра – 8, 6, та 4 відповідно. Для з’ясування правильності отриманих даних, було написано код на мові Python та програмно перевірено в середовищі PyCharm. З огляду на результат фільтрації, отриманого в третьому розділі, продемонстровано, що проектований цифровий фільтр функціонує та забезпечує отримання чистого сигналу навіть при зашумленні вхідного сигналу. Четвертий розділ присвячений економічному розрахунку. Об’єкт дослідження – проектування цифрових фільтрів для послаблення впливу широкосмугових шумів. Предмет дослідження – проектування вузькосмугового цифрового фільтра для сигналів точного часу DCF77. Методи досліджень – основи теорії цифрової обробки сигналів та розуміння мови Python. Дослідження відбувалися у програмах PyFDA та PyCharm. Наукова новизна отриманих результатів – застосування цифрової фільтрації для сигналів точного часу DCF77. Практичне значення отриманих результатів – розроблений ЦФ дає змогу відфільтрувати широкосмугову заваду, яка діє в околі досліджуваної частоти і таким чином покращити співвідношення сигнал/шум сигналу точного часу DCF77. Ключові слова: цифровий фільтр, сигнали точного часу, синтез цифрових фільтрів, інструмент PyFDA, середовище PyCharm. Перелік використаних джерел: 1. https://www.hopf.com/dcf77-gps_en.php 2. https://learn.ztu.edu.ua/pluginfile.php/83645/mod_resource/content/0/L11%20-%20Цифрова%20Фільтрація%20сигналів. %20Нерекурсивні%20ЦФ.pdf 3. Скляр Б. Цифровий зв’язок. Теоретичні основи і практичне застосування. Пер. з англ. — М.: Видавничий дім «Вільямс», 2003, 1104 с., Стор.33, ISBN 5-8459-0497 4. Шаповалов Ю.І., Бачик Д.Р., Маньковський С.В. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з дисциплін «Мікропроцесори в радіоелектронних пристроях та системах» та «Мікропроцесори в пристроях радіомовлення та телебачення» , навчальне видання? Львів 2021.