Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы (3-е издание, 2000) (1095420), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Поэтому в общем случае сигналы с различным порядком следования компонент не равны друг другу: (иы иг) ~ (иы и1) Осциллограмма типичного случай- ного сигнала Многомерные модели сигналов особенно полезны в тех случаях, когда функционирование сложных систем анализируется с помощью ЭВМ. Детерминированные и случайные сигналы. Другой принцип классификации радиотехнических сигналов основан на возможности или невозможности точного предсказания их мгновенных значений в любые моменты времени. Если математическая модель си~нала позволяет осуществить такое предсказание, то сигнал называется деи1ерминироваииым.

Способы его задания могут быть разнообразными— математическая формула, вычислительный алгоритм, наконец, словесное описание. Строго говоря, детерминированных сигналов, равно как и отвечающих им детерминированных процессов, не существует. Неизбежное взаимодействие системы с окружающими ее физическими объектами, наличие хаотических тепловых флуктуаций и просто неполнота знаний о начальном состоянии системы — все это заставляет рассматривать реальные сигналы как случайные функции времени. В радиотехнике случайные сигналы часто проявляют себя как помехи, препятствующие извлечению информации из принятого колебания.

Проблема борьбы с помехами, повышение помехоустойчивости радиоприема — одна из центральных проблем радиотехники. Может показа~вся, что понятие «случайный сигнал» противоречиво. Однако зто не так. Например, сигнал на выходе приемника радиотелескопа, направленного на источник космического излучения, представляет собой хаотические колебания, несущие, однако, разнообразную информацию о природном объекте. Между детерминированными и случайными сигналами нет непреодолимой границы. Очень часто в условиях, когда уровень помех значительно меньше уровня полезного сигнала 14 Глава 1. Эпемеиты обшей теории сигиплов с известной формой, более простая детерминированная модель оказывается вполне адекватной поставленной задаче. Методы статистической радиотехники, развитые в последние десятилетия для анализа свойств случайных сигналов, имеют много специфических черт и базируются на математическом аппарате теории вероятностей и теории случайных процессов.

Этому кругу вопросов будет целиком посвящен ряд глав настоящей книги. Импульсные сигналы. Очень важный для радиотехники класс сигналов представляют собой импульсы, т. е. колебания, существующие лишь в пределах конечного отрезка времени. При этом различают аидеоимиульсы (рис. 1.1, а) и радионмпульсы (рис. 1.1, б). Различие между этими двумя основными видами импульсов состоит в следующем. Если и,(1) — видео- импульс, то соответствующий ему радиоимпульс нр(Г) = = и,(ь) сох(соог+ фо) (частота соо и начальная фаза фо произвольны).

При этом функция и, (г) называется огибающей радиоимпульса, а функция соз(озо, + фо) — его заполнением. импульс видеоимпульс и ра- днонмпульс Рис. 1.!. Импульсные сигналы и их характеристики: и — випеоимпупьс; б — равиопмпупьо; в — определение числовых параметров импульса Происхождение термина «видеоимпульс» связано с тем, что впервые такие колебания стали применяться в технике телеви- дения Создание приборов длп измерения параметров импульсов — важная область измерительной техники В технических расчетах вместо полной математической модели, которая учитывает подробности «тонкой структуры» импульса, часто пользуются числовыми параметрами, дающими упрощенное представление о его форме.

Так, для видеоимпульса, близкого по форме к трапеции (рис. 1.1,п), принято определять его амплитуду (высоту) А. Из временных параметров указывают длительность импульса т„, длительность фронта т» и длительность среза т,. В радиотехнике имеют дело с импульсами напряжения, амплитуды которых лежат в пределах от долей микро- вольта до нескольких киловольт, а длительности достигают долей наносекунды. Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы. Заканчивая краткий обзор принципов классификации радиотехнических сигналов, отметим следующее. Часто физический процесс, порождающий сигнал, развивается во времени таким образом, что значения сигнала можно измерять в любые моменты времени. Сигналы этого класса принято называть аналого- пыхчи (континуальными).

Термин «аналоговый сигнал» под- 1.1. Классификация реля«технических сяглалсв черкивает, что такой сигнал «аналогичен»и полностью подобен порождающему его физическому процессу. Одномерный аналоговый сигнал наглядно представляется своим графиком (осциллограммой), который может быть как непрерывным, так и с точками разрыва. Первоначально в радиотехнике использовались сигналы исключительно аналогового типа.

Такие сигналы позволяли с успехом решать относительно несложные технические задачи (радиосвязь, телевидение и т. д.). Аналоговые сигналы было просто генерировать, принимать и обрабатывать с помощью доступных в те годы средств. Возросшие требования к радиотехническим системам, разнообразие применений заставили искать новые принципы их построения.

На смену аналоговым в ряде случаев пришли импульсные системы, работа когорых основана на использовании дискретных сигналов. Простейшая математическая модель дискретного сигнала гл(1) — это счетное множество точек (й) (1.— целое число) на оси времени, в каждой из которых определено отсчетное значение сигнала ан Как правило, шаг дискретизации Ь = 1;,, — 1; для каждого сигнала постоянен. Одно из преимушеств дискретных сигналов по сравнению с аналоговыми — отсутствие необходимости воспроизводить сигнал непрерывно во все моменты времени. За счет этого появляется возможность по одной и той же радиолинии передавать сообщения от ' разных источников, организуя многоканальную связь с разделением каналов по времени.

Интуитивно ясно, что быстро изменяющиеся во времени аналоговые сигналы для их дискретизации требуют малого шага Л. В гл. 5 этот фундаментально важный вопрос будет подробно исследован. Особой разновидностью дискретных сигналов являются цифровые сигналы. Ддя них характерно то, что отсчетные значения представлены в форме чисел. По соображениям технических улобств реализации и обработки обычно используют двоичные числа с ограниченным и, как правило, не слишком большим числом разрядов.

В последнее время наметилась тенденция к широкому внедрению систем с цифровыми сигналами. Это связано со значительными успехами, достигнутыми микроэлектроникой и интегральной схемотехникой. Слелует иметь в виду, что в сущности любой дискретный или цифровой си~пал (речь идет о сигнале — физическом процессе, а не о математической модели) является си~налом анапа~оным.

Так, медленно изменяющемуся во времени аналоговому сигналу х(1) можно сопоставить его дискретный образ, имеющий вид последовательности прямоугольных видеоимпульсов одинаковой длительности (рис. 1,2,а); высота этих импульсов пропорциональна значениям х(г) в отсчетных точках.

Однако можно поступить и по-иному, сохраняя высоту импульсов постоянной, но изменяя их длительность в соответствии с текущими отсчетными значениями (рис. 1.2,б). 15 Н,Ь гсм Модель дискретного сигнала 111001011 101110010 010011100 100110011 Последовательные отсчеты цифрового сигнала 1б Глава 1. Элементы общей теории сигиппое Рис. 1.2, Дискретизация аналогового сигнала: е — при переменной амппитупе; й — при переменной ппптепьиссти отстетиыт импупьсее Оба прелставленных здесь способа дискретизации аналогового сигнала становятся эквивалентными, если положить, что значения аналогового сигнала в точках дискретизации пропорциональны ляои!ади отдельных видеоимпульсов. 1 1 0 1 Фиксирование отсчетных значений в виде чисел осуществ- ЛЛ Л ляется также путем отображения последних в виде последовательности видеоимпульсов. Двоичная система счисления идеально приспособлена для этой процедуры.

Можно, например, сопоставить единице высокий, а нулю — низкий уровень потенциала. /Дискретные сигналы и их свойства будут детально изучаться в гл. 15. 1.2. Диивмическое предстввлеиие сил!илов Многие задачи радиотехники, например вычисление отклика физической системы на известное входное воздействие, требуют специфической формы представления сигналов.

Необходимо не только располагать информацией о мгновенном значении сигнала, но и знать его поведение на всей временной оси как «в прошлом», так и в «будущем», Принцип динамического представления. Способ получения таких моделей сигналов состои~ в следующем. Реальный сигнал приближенно прелсгавляется суммой некоторых элементарных сигналов, возникающих в последовательные моменты времени. Если теперь устремить к нулю длительность отдельных элементарных сигналов, то, естественно, в пределе будет получено точное представление исходного сигнала. Будем называть этот способ описания сигналов динамическим нредстиавлением, подчеркивая этим развивающийся во времени характер процесса.

Характеристики

Список файлов книги