Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Для этога в схемах детектирования подавля~ат несущую частоту и одну из боковых. Достоинством АМ является простата решений и малая ширина спектра сигнала, составляющая десятки килагерц при передаче звукового и десятки мегагерц при передаче телевизионного сигнала. В то же время передача ампли'гудно-модулированного сигнала требует значительных энергетических затрат, причем мощность полезного сигнала зависит от глубины модуляции. Так, при мощности несущога колебания 500 Вт мощность каждого спутника даже при т = 1 не превышает 125 Вт, а поскольку для уменьшении искажений т < 0,8, следовательно, доля полезного сигнала еще меньше. 5.1, Теоретические осиовы локации При чистотиой модуляиии (ЧМ) модулирующий сигнал имф) изменяет мгновенные значения частоты со, не влияя на амплитуду колебаний (см. рис. 5.4, г). Характерным примером является известный скрипичный прием вибрато„когда качание пальца на струне изменяет ее длину и тем самым высоту звука.
Чаще всего используют линейную ЧМ„при которой изменение несущей частоты пропорционально амплитуде модулирующего сигнала. В простейшем случае модуляции гармоническим сигналом и,„(г)= = и (~) соз„~ несущая частота со изменяется по закону со(е) =- соо + Л,„созсо„т. Здесь Ьо, представляет собой амплитуду отклонения несущей частоты со от начальной соо, а созсо„,~ определяет форму модулирующсго сигнала. Параметр Ло„называемый девиацией частоты, не зависит от частоты сигнала и соответствует глубине модуляции при ЛМ. Ширина спектра Лсо частотно-модулированного сигнала определяется значением индекса ЧМ: ~3 =А,„/со,„. При малых ~3 ширина спектра практически не зависит от его значения и равна 2сом (рис. 5.6, а). В этом случае частотно-модулированный сигнал, как и амплитудно-модулированный, состоит из колебания с несущей частотой со0 и двух спутников с частотами соо-сом и соо + сом и описывается приближенным соотношением и(~) = ио(з1п со0~+ ~3з1псо„,~ созсоф), т.
е. при малых Р спектры амплитудно- и частотно-модулированных сигналов одинаковы. Однако, как правило, ~3»1, и, следовательно, спектр частотно-модулированного сигнала значительно шире, чем амплитудно- модулированного. Кроме сигналов .с частотами соо + со появляются сигналы, частоты которых равны соо+ 2сом, ..., со0+ псом (рис. 5.б, 6). Ширину спектра в этом случае определяют из приближенного выражения Лсо = 2со„(1+ ~3). и ио О соо а О Рис. 5.6. Спектры частотно-модулированных сигкалов при значении индекса частотной модуляции Д, равном 0,1 (а) и 5,0 ® В большинстве случаев модулирующий сигнал не является гармоническим, а представляет.
собой набор частот. Для примера рассмотрим передачу 5. Локационные информоционные системы частотно-модулированных сигналов звукового диапазона 20 Гц ... 20 кГц па несущей частоте 50 МГц. Пусть при увеличении амплитуды модулирующего сигнала в диапазоне от О до 1 В несущая частота будет изменяться от 49,9 до 50,1 МГц, т. е. девиация частоты Л~, = 0,2 МГц. Для верхней частоты передаваемого сигнала, равной 20 кГц, индекс р = 10 и щирина спектра соста- 4 вит 440 кГц (Для нижней частоты сигнала при тех жс условиях р = 10 .) Поскольку р имеет различные значения при изменении частоты модулирующего сигнала, в настоящее время принят стандарт, в соответствии с которым индекс ЧМ вычисляют но формуле ~гпах ~итах ~0'м пах Например, при передаче звука в телевизионном стандарте максимальная девиация несущей частоты звукового сопровождения Ьа,„ах= 50 кГц, а максимальная модулирующая частота вм,пах = 15 кГц, при этом ~3,„ах = 3,33.
Амплитуда колебания несущей частоты при ЧМ в отличие от АМ зави- сит от амплитуды им модулирующего сигнала и при некоторых значениях индекса р обращается в нуль. Поскольку ширина спектра частогно-модулированного сигнала намного больше, чем амплитудно-модулированного, ЧМ используют в диапазоне метровых волн, соответствующем частотам от 50 МГц и выше. Основным достоинством ЧМ является высокая помсхоустойчивость. Обусловлено зто главным образом тем, что амплитуда частотно- модулированного сигнала постоянна и, следовательно, аддитивные помехи на нее це влияют. Кроме того, вследствие постоянства амплитуды. частотно- модулированного сигнала его мощность изменяется незначительно. Еще одним достоинством ЧМ является наличие дополнительных линий в спектре сигнала, что повышает надежность связи.
Фаювай модуляцией «ФМ) называется способ модуляции, при котором фаза колебания с несущей частотой изменяется в зависимости от амплитуды и„модулирующсго сигнала. Модулированный сигнал при ФМ колебания с несущей частотой соцгармоничсским сигналом яп им~ имеет вид и(1) = и0 соя1а01+ Ь~ря1п св у), где Ь~ — индекс ФМ, характеризующий максимальное отклонение фазы модулированного сигнала от фазы исходного. Несущая частота при ФМ, как и при ЧМ, непостоянна и определяется согласно выражению оУ)=а„+Ь(ри сока ~. Девиация частоты Ьщ при ФМ зависит от частоты модулирующего сигнала Л® — — Лср О)„.
Если модулирующий сигнал и,„гармонический, то спектры фазово- и частотно-модулированного сигналов практически одинаковы. 5.1. Теорегггические основы локации В противном случае законы изменения фазы и частоты сигнала оказываются различными. Для ФМ с небольшим индексом Ь<р спектр боковых частот прак- тически такой же, как и при АМ. Проведенный обзор способов непрерывной модуляции позволяет сделать вывод, что качественное различие существует лишь между АМ, с одной стороны, и ЧМ или ФМ вЂ” с другой.
Дггя всякого закона изменения частоты всегда может быть указан эквивалентный закон изменения фазы, В отличие от АМ глубина ЧМ и ФМ, характеризуемая соответственно индск- сами р и Лф, не ~~м~~я~~ средней ~~щ~~с~и модулированного ~и~н~ла, в то время как ширина спектра этого сигнала увеличивается с возрастанием глу- бины модуляции. В ЛС наряду с непрерывной модуляцией широко применяют импульсную модуляцию (ИМ) сигналов. В этом случае переносчиком сигнала служит последовательность импульсов, каждый из которых обычно представляет собой цуг колебаний с высокой несущей частотой. Данная последовагельность используется в схемах ИМ, где параметры импульсов модулируются сигналом.
Частота посылок импульсов, называемая частотой дискретизации ~д, определяется спектром передаваемого сигнала и должна по крайней мере в 2 — 3 раза превышать верхнюю частоту спектра модулирующего сигнала. В этом ~лу~а~ в~зм~ж~а д~~одуляци~ сигнала, т. е. ~~делен~~ ~еоб~од~мой информации из импульсно-модулированного сигнала. Так, для разборчивого воспроизведения речевых сообщений достаточно передавать спектр частот 0,1...3 кГц, что требует обеспечения частоты дискретизации 8...10 кГц. По сравнению с гармоническими колебаниями импульсы характеризуются большим числом параметров, поэтому видов ИМ значительно больше.
Кроме амплитуды, частоты и фазы различают длительность (или ширину) импульсов т и их скважность Ч =11(~д~). Использование иьгпульсов с большой скважностью позволяет в рамках одного частотного канала (т. е. при одной и той же частоте дискретизации) сформировать несколько информационных -';"-:-:::,,::,::-,-: ..каналов.
Например, если в рассмотренном выше случае ограничить длительность импульса значением 1 мкс, т. е. при частоте дискретизации 10 кГц обеспечить скважность, равную 100, то можно сформировать несколько десятков ~а~~~~~ передачи р~ч~~~~ сообщении. Этот ~~д~~д, получившии пазвание временной селекции, характерен для многоканальных систем связи. Обычно в Х1С применяют модуляцию импульсами прямоугольной или — 5 -9 '';-'-',:;:::::::=:;::::: колоколообразной формы с т =10 ...10 с и сг = 1...10 . Наибольшее распространение получили амплитудно-, частотно-, широтно- и фазово-импульсный, а также импульсно-кодовый способы модуляции сигналов.
На рис. 5.7, а — в показан принцип формирования сигналов при амплитудно-импульсной модуляции, когда амплитуда импульсов, посылас- мых через равные промежутки времени, изменяется пропорционально ам- ".'--':=:;:.':::;:::-:плитуде передаваемого сигнала. Вид сигнала на выходе излучателя ЛС дан 179 5, Локаиионные информационные сисижмы на рис, 5.7„в. При фазово-импульсной модуляции ~рис. 5.7, г — е) импульсы, имеющие постоянную амплитуду и длительность, смещаются относительно некоторых фиксированных моментов времени в сторону опережения или отставания на временные интервалы, пропорциональпыс мгновенным значениям передаваемого сигнала. Вид сигнала на входе приемника ЛС после прохождения через среду распространения показан на рис. 5.7, д, а тот же сигнал после фильтрации и детектирования — на рис.
5.7, е. Помехоустойчивость ЛС возрастает при использовании фазово- и кодово-импульсной модуляции сигналов. Последняя приобретает особое значение в связи с активным развитием систем цифровой связи. К недостаткам ИМ по сравнению с непрерывной можно отнести большую ширину спектра сигнала и сложность технической реализации.
Для восстановления информации из модулированных сигналов применяют схемы демодуляции. Рассмотрим демодуляцию амплитудно-модулированного и частотно-модулированного сигналов. В первом случае используют методы амплитудного детектирования, во втором — частотной демодуляции. Основными элементами амплитудного детектора (рис.
5,8, и) являются усилитель ОА1, диод ИЭ1 и фильтр низкой частоты, построенный па основе ЯС-контура. Эмиттсрный повторитель ВА1 служит для снижения выходного сопротивления схемы. Подадим на вход усилителя ПА1 амплитудно-модулированный сигнал вида У„„= Уо(1 + т соя со„,~) соз~м+ ~р), где Уо - — амплитуда напряжения модулирующего сигнала. Обозначая Лт = и сов со ~ и полагая ср — — О, получаем У„, =(1+А„,)совы. Если соотношение элементов фильтра удовлсгворяет условию 10/со < < ЯС <1/со„, то на выходе схемы имеем У„ых — — ЯДРО(1 + Л л), где Яд — динамическая чувствительность схемы ~0 < Юд < 1).
Постоянную составляющую Я„УО детектируемого напряжения устраняем с помощью фильтра верхних частот на конденсаторе С„. Графическая иллюстрация работы детектора представлена на рис. 5.8„6. Одной из схем частопюй демодуляции является частотный дискриминатор ~детекгор наклона), принцип работы которого основан на пропорциональном изменении амплитуды напряжения на колебательном контурс с элементами Л, Л и С при вариациях мгновенных значений частоты модулированных колебаний, 18О Рис. 5.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
