Сигналы и их детерминированные модели. Спектральное представление детерминированных сигналов (1, 2 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 4

Описанный процесс обработки радио сигналов предполагает выполнение множества различных операций, для осуществления которых используются различные радиотехнические цепи и уст­ройства: интегрирующие и дифференцирующие цепи, фильтрую­щие элементы, усилительные устройства, цепи обратной связи, автогенераторы, формирователи последовательности прямоуголь­ных импульсов, модуляторы, детекторы, умножители частот. Осо­бенности и принципы работы этих цепей и устройств будут рас­смотрены и проанализированы в настоящем учебнике.

              

                                                                                    б

                       в

Рис.  В.4.  Временные диаграммы процесса амплитудной модуляции сигнала: а- управляющий сигнал; б- несущие колебания; в- измененные несущие колебание   

Часть   1. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ

ГЛАВА  1

СИГНАЛЫ И ИХ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ МОДЕЛИ

1.1.  Особенности и классификация сигналов

Под термином «сигнал» весьма часто подразумевают такие по­нятия, как сигнал, сообщение, информация. В связи с этим тер­мин сигнал можно встретить во всех областях знаний, что не все­гда корректно,

Термин «сигнал» происходит от латинского слова signum, обо­значающего знак, физический процесс (или явление), несущие сообщение (информацию) о каком-либо событии. Первоначаль­но под информацией, происходящей от латинского слова «information (разъяснение, изложение), понимали обмен сведе­ниями между людьми устным, письменным или другим способом. С середины XX в. термин «информация» принял общенаучное по­нятие, включающее обмен сведениями между людьми, челове­ком и автоматом, автоматом и автоматом. Из определений видно различие между понятиями «сигнал» и «информация». В соответ­ствии с этим применительно к радиотехнике под сигналом будем понимать физический процесс или явление, позволяющие транс­портировать информацию (сообщение) из одной точки простран­ства в другую с использованием различных радиотехнических ус­тройств и линий связи.

Для выработки механизма классификации сигналов необходи­мо руководствоваться критериями их сравнения, исходя из следу­ющего:

сигналы предназначены для транспортировки (передачи) ин­формации;

для придания любому сигналу свойств переносчика информа­ции его необходимо модулировать, т.е. определить закон измене­ния одного из параметров сигнала;

все сигналы с учетом их математического описания можно раз­делить на простые, которые описываются элементарными функ­циями (например, уравнением прямой, тригонометрическими функциями sinх, cosх и т.д.). и сложные, математическое описа­ние которых требует специальных функций;

физические параметры сигналов зависят от времени или и про­странственных координат.

Для классификации сигналов можно принять различные кри­терии. Например, сигнал, являющийся током в электрической пепи, отражает направление и количество заряда, переносимого в единицу времени. Звук, исходящий от электроакустической си­стемы, представляет собой временную зависимость давления. На­пряжение на выходе микрофона отражает собой пространствен­но-временную зависимость звукового давления на мембрану мик­рофона. При приеме радиоизлучения распределение сигнала на поверхности антенны зависит от направления прихода сигналов.

Таким образом, в качестве первого классификационного при­знака сигналов можно назвать вид физического явления, исполь­зуемого в роли носителя информации: заряд> ток, напряжение, звуковое давление, интенсивность света и т.д.

При рассмотрении сигналов в радиотехнических устройствах в роли носителя информации рассматривают ток (i, I) или напряже­ние (и, U), зависящие от времени t или частоты f. При этом раз­личают аналоговые, импульсные и случайные сигналы. На рис. 1.1 показаны формы непрерывного сигнала, видеоимпульса и радио­импульса.

Под аналоговым сигналом понимают сигнал, значение которого в каждый момент времени может быть точно предсказано (измере­но). Этот сигнал подобен порождающему его физическому процессу. Одномерный аналоговый сигнал может быть как непрерывным (см. рис. 1.1, а), так и с точками разрыва (импульсный сигнал в пределах одного импульса).

Импульсный сигнал представляет собой сигнал, существующий лишь в пределах конечного отрезка времени. Здесь различают ви­деоимпульсы (см. рис. 1.1, б) и радиоимпульсы (см. рис. 1.1, в), отличающиеся следующим. Если функция uв(t) описывает фор­му видеоимпульса, то соответствующий этому видеоимпульсу ра­диоимпульс будет представлять собой высокочастотное заполне­ние uр(t) = uв(t) cos(ω0t+φ0) в пределах огибающей видеоимпульса uв(t), где ω0 — круговая частота, а φ0 — начальная фаза высокочастотного колебания. Функция uв(t) называется огибаю­щей радиоимпульса, а функция cos(φ0t+ φ0) его заполнением с несущей частотой f0 = ω0 / (2π).

                                  

Рис. 1.1. Формы непрерывного сигнала (а), видеоимпульса (б), радиоим­пульса (е)

Математическую модель импульсного сигнала, учитывающую различные особенности формы импульса, можно заменить упро­щенным представлением (аппроксимацией) формы импульса, например в виде трапеции.

Достаточно долго в радиотехнике использовались, как прави­ло, только аналоговые сигналы. На смену и в дополнение к ним в последнее время стали приходить импульсные и дискретные сиг­налы, используемые в цифровых устройствах и устройствах авто­матики. В этих случаях под импульсным сигналом понимают де­терминированный сигнал, энергия которого отлична от пуля в течение ограниченного интервала времени, а под дискретным сиг­налом, модель которого показана па рис. 1.2, понимают сигнал, принимающий конечное множество значений в заданном диапа­зоне и в определенном интервале времени. Простейшая математи­ческая модель дискретного сигнала sд(t) представляет собой счетное множество точек {tj} (j = 0,  1, 2, … - целое число)   на оси времени, в каждой из которых определено значение сигнала sj.