В.И.Тихонов Статистическая радиотехника (1966) (Тихонов В.И. Статистическая радиотехника (1966))

а.и.тихон О В ОГПУ В ОСГП ОЧЭС1ЯЯ РЗ90ОГп ехн и Кс1 ИЗЛАТЕЛ Ь СТВО СОВЕТСКОЕ РАХ~ИО МОСКВА 19ВВ ПРЕДИЕЕЭВИЕ Книге предстзвляет гобой учебное пособие по статистической рздиотгхнинг, Н пей приводятся основные сведения нз теории в роятцостей и случай. ных процессов, з также излил~от<и огн<щныс проблемы теории помехоустойчивости н пч1рнп ипфор. мзции. Большое внимание уделено рзссмотрснию конкретных рздиотехннческих примеров, позволяющих проиллюстрировзть методику примене<«ря общетеоретических положений к решению .частных зздзч н. уяснить целесообрззные физические принципы построения современных радиотехнических устройств.

и систем. В основу книги положены лекции по стзтистической рздцотехнике, которые читал автор в течепн< последних 1О лет. Оригинвльные научные ре-. чульгятм елмого знторя изшлп лишь чзстнчиое отрз«<< пш (кнгдз <ч<н ио и<входил<~ зз рамки учебной о)нирзммы по дяпшн<у ку)н у) Лнтор стремился излож<ыь основы ствгнгтнчгской рзднотехнпки в соответствии с теми требованиями, которые предъявляют 'к,этой облзстн знаний в настоящее время. ннтв предназначена для студентов, инженеров, аспирантов н научных работников, рзботзющих в облзсти радиофизики и автоматики. 3-1-1 и-йи Настояпки книга написана как учебное пособие псу ст<:-нстической р<«)п<псхнике.

В ней приводятся основные понятиямюрии вероятн<цтщ н случайных процессов, а также сведеин«из ажурии помехоуст<«Рзнвостя и теории информации. Этот материал.— «еобходцмо знаь ддя правильного понимания принципов понсэ нрования н рабзты современных радиотехнических устройств н =тем.

В основ, книги положены лекции по статистической рас:этехнике, которхе читались автором в течение последних 10 лет)х студентов рад«отехннческой специальности. Учет предьариз ьной подготовки студентов по высшей математике и радиотехнк=е, а также объе«книги ограничили круг рассматриваемых в<амосов и схазалнс« на характере изложения материала. Большое внимание уделено рассмотрению конкретных =-:здиотехнических примеров, позволяющих, с одной стороны, проквиюстрировать м<годику применения общетеоретнческнх положенп:к решению час.ных задач, и, с другой, — уяснить целесоо~ зные физические принципы построения современных радиотехни.=ских устройств х систем. Книга с<стоит нз четырех разделов, содержащих х«естх:адцать глав, и несюльких приложений.

В первом разделе, кожуры«ю-ключает пять г<ав, даются основные понятия и методы теории ВВуоятностей н с1учайных процессов. Второй раздел содержит штыре главы и з <сновном посвящен анализу работы типовым лнмв«ных и нединейн«х радиотехнических систем прн наличии слулм«ных воздействий В третьем разделе, состоящем из пяти глхв; р зсмотрены осножые задачи оптимальных методов приема снгня=зв на фоне белогс шума. Четвертый раздел состоит из двух гг«ав, и: которых призе)виы основные предельные теоремы теории япфо)н«зции.

Первона«ально предполагалось привести в книге обп — ~кую библиограф«ю. Однако ввиду очень большого числа ояублмжзванных работ з а задача оказалась непосильной для автора В м)блиографически) указатель включены лишь оригинальные исааники и работы, «спользованкые при написании книги. Нумера«ия рисунков ведется по главам, а формул и тг-зиц— по главам 1 параграфам: первая цифра указывает номер;лавы, вторая — нзмер параграфа и третья — номер формулы л«ара- графе. Исключение составляют ссылки на формулы приложения 1, отмеченные буквой П. Рукопись данной книги была просмотрена коллективом кафедры, возглавляемой чл.-корр. АН СССР В.

И. Сифоровым, доктором физико-матем. наук Р. Л. Стратоновичем и доктором техн. наук И. Н. Амиантовым, написавшим по моей просьбе четырнадцатую главу. Большую помощь при написании книги оказали 10. Н. Бакаев, В. Т, Горяинов, Е. И. Куликов и товарищи по работе, которые явились основными инициаторами создания книги и высказали ряд пожеланий. Автор выражает искреннюю благодарность всем указанным товарищам за предложения и критические замечания.

г1ри дорйббтхе'рукопнся были учтены все полученные рекомендации. Однако, после того как работа пад рукописью была закончена, возникло много предложений по методическому и научному улучшению данного варианта книги. Считая работу в этом отношении незавершенной, постараюсь это выполнить в последующих изданиях с учетом критических замечаний, которые надеюсь получить от читателей. ВЗКДЕНИЕ Не кас ясь специфических особенностей, характе(ных ум~я отдельных оэаслей радиотехники (радиосвязь, радиолотация~:радионавигация, телеметрия, телевидение и др.), в качестве ~илов% можно указат.

функциональную схему, представленную на~ ис. 1. Оиа состою из двух симметричных частей: передающей и правмной. Под соющением понимаются любые сведения или цаннп:=, подлежащие юредаче. По своей физической природе сообгцени могут быть мехавческнми, тепловыми, световыми и электрическиьы. Для тото чтобь сообщения можно было передавать на большие 1 сстояння, необшдимо сформировать радиосигналы, отобрамаюцв:в сообщения.

Сэтой целью незлектрнческие сообщения пРеобр=зуют в электрнчеыие сигналы при помощи соответствующим пр~ бразователей. Гри этом обычно стремятся к тому, чтобы завк=ь~мость между нн~ресующей нас физической величиной (соойцени л) и ее электричеыим аналогом (сигналом) на выходе презбра:дателя была линь)ной.

В передатчике сигнал преобразуетсз в р~ иосигнал. радио~хгнал при помощи передающей антенны излучаез=ч в окружающе~ пространство, распространяется в нем и пос~ дством приемной ннтенны воздействует на вход радиоприемника.с=э приемнике рдиосигнал усиливается до необходимой величин превращается з сигнал (при помощи детектирования), з реоб зуется в нужное сообщение и затем поступае.г к получателю — оконечному устРйству или лицу, для которого предназначего сочинение. Основюе требование, обычно предъявляемое к сгстем радиосвязи, соеоит в достоверной и своевременной передзче б чьшого количеств информации на большие расстояния при играх-ченной мощностнюередатчнка.

Ясно, что ложные, запоздалве нл неполные сведесия обесценивают полученную информации, та~пкак не позволяю' оперативно принимать правильные решенная. Достоверности передачи информации по реальным а иния радиосвязи препятствуют три причины: 1) неизбежное налвчие внешних и внутреьчих помех, 2) искажения радиосигнала прв рассэостраненни чейза турбулентную атмосферу и ионосферу, Э~ тех=.пческое несовершенство устройств. Искакения сообщения, возникающие в резульгате дзохождения егочерез технически несовершенную аппаратурр', в гвинципе о л В О Ю Ф и ы о О могут быть уменьшены путем ее улучшения. Помехи и искажения радиосигнала при распространении обусловлены неподвластными нам причинами.

Действительно, вследствие распространения электромагнитных волн через турбулентную атмосферу и ионосферу, обладающих случайными коэффициентами поглощения и преломления, неизбежно происходит случайная модуляция радиосигнала по амплитуде, частоте н фазе. Внешние помехи принимаются антенной вместе с сигналом (рис. 1). Они создаются различными естественными электромагнитными процессами, происходящими в атмосфере, ионосфере и космическом пространстве (космнческие шумы, атмосферные помехи и т. д.), электроустановками и соседними радиостанциями, а также преднамеренными средствами, применяемыми противником для создания помех (пассивные отражатели и радиостанции помех).

Кроме перечисленных внешних источников помех имеются другие, внутренние, локализованные в различных элементах схемы рис. 1, Сюда можно отнести флуктуацнонные шумы ламп, полупроводниковых приборов и сопротивлений потерь, микрофонный эффект, обусловленный механическими вибрациями, нестабильности питающих напряжений н др. Во многих практических случаях прием сигналов должен осуществляться при небольших значениях отношения сигнал/помеха. Это объясняется следующими обстоятельс.юами. Пра огранхченной мощности передатчика сигнал аа бо1х шой дальности ~хазывается слабым. С другой стороны, иеобходььыость иметь болкдую скорость передачи информации (т. е.

первдачу большого кзличества сведений в единицу времени) требуе1 расширения псчосы рабочих частот, что связано с увеличением уровня помех. Помехи ы искажения радиосигнала уменьшают вероятность. правильного приема переданного сообщения. Поэтому принимаемое сообщение всегда оказывается не предсказуемым, а в той нлт иной мере случайным. Многие задачи радиотехники становятся ~5ессо.

держателыымн без учета наличия помех и искажений радчоснгнааа. В далыейшем мы убедимся, что чем больше предварительных сведений игаестно о сигнале н помехах, тем лучше можно вып~.лнить указанныевыше требования, предъявляемые к системе радиссвязи. Отсюда следует необходимость изучения случайных сигнаков и помех. Матема-ический аппарат, позволяющий описывать и парировать со сзучайнымн величинами и случайными процессам~, дает теория не(аятностей.

Сведения по теории вероятностей н отучайным проце=сам излагаются в первом разделе данной кяиги. Второй раздел посвящен анализу работырадиотехиическ-|х устройств прт наличии помех. Здесь задача ставится так. Прашолагая извеспаыми характеристики сигнала и помехи, нужнс количественно оценить влияние помех на работу радиоустройст~. Поскольку рьдиоустройства представляют различные копбинатши линейных и нелинейных элементов, то задача, по сущесгву, сждится к анализу прохождения сигнала и шума через линейные и нылинейные систезы. Необходимая степень детальности такого ан лиза в звачительвой мере определяется тем количественным крн-ерием, который зценивает влияние помех.