Sonar: Simulazione delle condizioni di variabilità del rapporto segnale/disturbo nella correlazione digitale con routine in Visual Basic

[C. Del Turco]

Per eventuali sviluppi compresi nel post: link al calcolatore SONARMATH (per la determinazione dei parametri acustci del sonar)

 

La funzione indicata è teorica, il suo compito, una volta tracciata in un sistema di assi cartesiani, è di consentire il controllo tra l’andamento del  sistema di correlazione simulato  via software , oggetto di questa pagina,  e l’andamento  ideale della stessa.

 

L’andamento della C(o), variabile da 0 ad 1, è riportato in figura 1 in funzione del rapporto Si/Ni (rapporto Segnale/Disturbo) variabile da – 60 dB a + 60 dB all’ingresso del correlatore.

 

 

 

 

 

Il circuito da simulare via software

 

Un circuito elettronico di correlazione con segnali e regolazioni delle condizioni di variabilità del rapporto Segnale/Disturbo si può pensare  diviso in due sezioni:

1) Generatore dei segnali e dei rumori d’ingresso al correlatore in funzione del rapporto Si/Ni

 

2) Schema a blocchi del circuito di correlazione a due stati in funzione della costante d’integrazione RC.

 

 

L’insieme delle due sezioni è riportato in figura 2 come se fosse un circuito fisico reale:

 

 

 

 

 

La schermata in Visual Basic:

 

Simulando via software  tutto l’insieme di figura 2 al lancio del programma la schermata sul P.C. si presenta come in figura 3:

 

 

 

figura 3

 

Un reticolo cartesiano con ascisse Si/Ni variabili da – 60 dB a + 60 db e ordinate C() variabili da –1 ad 1.

 

Dove i comandi, in basso da sinistra, sono:

 

Pulsante  tracciamento C(o) teorica

 

Pulsante avvio routine di simulazione e tracciamento della C(o) per punti (campioni)

 

Numero dei campioni a calcolo

 

Valore selezionato del beta (è l’analogo della costante di tempo RC si veda:

 

https://it.wikiversity.org/wiki/Integrazione_numerica_per_i_processi_di_correlazione

 

 

Pulsante di reset

 

 

Un esempio:

 

In figura 4 è riportata, sopra la curva teorica di C(o) in rosso, l’andamento campionato a puntini del risultato simulato della tensione d’uscita del correlatore; sono evidenti le ondulazioni del fenomeno a causa della varianza. (la varianza decresce con l’incremento del beta)

I dati impostati sono:

n° campioni = 20000

beta = 100

 

 

figura 4

 

 

Il software di simulazione.

 

Il software di simulazione in Visual Basic è complicato, se ne consiglia lo smembramento in routine complete da fare girare da sole nella ricostruzione, mano a mano, di tutto il programma.

 

Il listato in Visual Basic  che simula il circuito a blocchi di figura 2 è sotto riportato e può essere inserito in ambiente VB con copia/incolla.

 

Le varie funzioni:

-generazione reticolo e presentazione curve di risposta

-tracciamento funzione teorica

-generazione segnali e disturbi

-variazione del rapporto Si/Ni

-correlazione ed integrazione numerica

 

sono evidenziate con note nel listato del programma.

 

Per l’inserimento degli oggetti rispettare la posizione dei tre pulsanti, le List. dei due combo e i label.

 

‘Listato

Dim beta As Integer

 

Private Sub Command3_Click()

Cls

reticolo

End Sub

 

Private Sub Form_Paint()

Label1.Caption = "SIMULATORE DEL PROCESSO DI CORRELAZIONE"

For xi = 0 To 4600 * 2 Step 230 * 2

For yi = 0 To 3200 * 2 Step 20 * 2

PSet (xi, yi)

Next yi

Next xi

For yi = 0 To 3200 * 2 Step 160 * 2

For xi = 0 To 4600 * 2 Step 30 * 2

PSet (xi, yi)

Next xi

Next yi

Line (0, 1600 * 2)-(4600 * 2 + 160, 1600 * 2)

Line (4600, 0)-(4600, 3200 * 2)

End Sub

 

Sub reticolo()

Label1.Caption = "SIMULATORE DEL PROCESSO DI CORRELAZIONE"

For xi = 0 To 4600 * 2 Step 230 * 2

For yi = 0 To 3200 * 2 Step 20 * 2

PSet (xi, yi)

Next yi

Next xi

For yi = 0 To 3200 * 2 Step 160 * 2

For xi = 0 To 4600 * 2 Step 30 * 2

PSet (xi, yi)

Next xi

Next yi

Line (0, 1600 * 2)-(4600 * 2 + 160, 1600 * 2)

Line (4600, 0)-(4600, 3200 * 2)

End Sub

 

 

Private Sub Command1_Click()

'TRACCIA SOLO CURVA TEORICA

For sn = -60 To 60 Step 0.1

sk = sn + 60

'CALCOLO TEORICO Su e Crt SECONDO LA FORMULA CLASSICA CORRELAZ. CLIPPATA

t = 1 / (1 + (1 / (10 ^ ((sn) / 20)) ^ 2))

Su = (2 / 3.14) * Atn(t / Sqr(-t * t + 1)) 'Su normalizzato

PSet (9200 * sk / 120, 3200 - 3200 * Su), vbRed  'per tracciare la Crt=f(Si/Ni)

Next

End Sub

 

Sub fcalcolata()

'TRACCIA SOLO CURVA TEORICA

For sn = -60 To 60 Step 0.1

sk = sn + 60

'CALCOLO TEORICO Su e Crt SECONDO LA FORMULA CLASSICA CORRELAZ. CLIPPATA

t = 1 / (1 + (1 / (10 ^ ((sn) / 20)) ^ 2))

Su = (2 / 3.14) * Atn(t / Sqr(-t * t + 1)) 'Su normalizzato

PSet (9200 * sk / 120, 3200 - 3200 * Su), vbRed  'per tracciare la Crt=f(Si/Ni)

Next

 

End Sub

 

'CORRELAZIONE CLIPPATA AD UN SOLO CANALE

 

Private Sub Command2_Click()

Cls

reticolo

'fcalcolata

beta = 100

If Combo1.Text = "100" Then beta = 100

If Combo1.Text = "200" Then beta = 200

If Combo1.Text = "400" Then beta = 400

If Combo1.Text = "800" Then beta = 800

If Combo1.Text = "1600" Then beta = 1600

If Combo1.Text = "3200" Then beta = 3200

If Combo1.Text = "6400" Then beta = 6400

 

campioni = 20000

If Combo2.Text = "20000" Then campioni = 20000

If Combo2.Text = "200000" Then campioni = 200000

 

For sn = -60 To 60 Step 0.5

 

sx = sn + 60

Cr = 0  '<--- NOTA BENE SI DEVE AZZERARE cr AD OGNI NUOVO VALORE DI Si/Ni

        'AFFINCHE' IL CALCOLO DEI 20000 PUNTI ENTRO L'ANELLO NON RISENTA

        'DI VALORI IN MEM.cr CALCOLATI IN PRECEDENZA

'beta = 4000

Randomize Timer

j = 10 ^ (sn / 20)

For x = 0 To campioni

k1 = Rnd

k2 = Rnd

k3 = Rnd

k4 = Rnd

k5 = Rnd

ka1 = Rnd

ka2 = Rnd

ka3 = Rnd

ka4 = Rnd

ka5 = Rnd

 

ks1 = Rnd

ks2 = Rnd

ks3 = Rnd

ks4 = Rnd

ks5 = Rnd

 

nl1 = (k1 + k2 + k3 + k4 + k5) - 2.5 'rumore scorrelato nl1

nl2 = (ka1 + ka2 + ka3 + ka4 + ka5) - 2.5 'rumore scorrelato nl2

yo = (ks1 + ks2 + ks3 + ks4 + ks5) - 2.5 'sorgente del segnale

Y1 = yo * j + nl1  'primo segnale

Y2 = yo * j + nl2 'secondo segnale

If Y1 > 0 Then n1 = 1 Else n1 = 0 'n1=1^segnale

If Y2 > 0 Then n2 = 1 Else n2 = 0 'n2=2^ segnale

 

c = 1 - (n1 Xor n2)

 

Cr = c + Cr - (Cr / beta) 'varia da 4000 corMax a 2000 Scorrelaz ( sarebbe 0 in anticorr)

Next

 

y = (Cr / beta)

 

ya = y - 0.5

Circle (9200 * sx / 120, 3200 - 3200 * 2 * ya), 10, vbBlue 'per tracciare la cr=f(Si/Ni)

 

Next sn

fine:

End Sub

 

 

 

 

 

 

 

Edited June 25, 2024 by C. Del Turco