.
(82)
Постоянной составляющей согласно (79)
соответствует спектр
, а
нечётной функции
- мнимое
значение спектра
.
Прямоугольный импульс. Рассмотрим случай, когда сигнал представляет собой одинокий прямоугольный импульс, расположенный симметрично относительно начала отсчёта времени (рис.15).
Рис. 15
Если амплитуда импульса равна U, а
длительность , то такой импульс
описывается выражением:
.
(83)
В соответствии с (47) спектр прямоугольного импульса
.
(84)
Заметим, что произведение , равное площади
импульса, определяет значение спектра при
, т.е.
(см. рис. 15).
Таким образом, выражение (84) можно записать в следующем виде:
,
(85)
где и
.
Функция ,
определяющая спектр прямоугольного импульса, изображена на рис. 16.
Рис. 16
Колокольный импульс.Представленный на рис. 17, колокольный (гауссовский) импульс определяется следующим выражением:
.
(86)
Рис. 17
Спектр такого импульса
.
Учитывая, что интеграл в правой части равен , находим
.
(87)
Рассмотрим вопрос соотношения длительности сигнала с
шириной его спектра на примере колокольного импульса. Положим, что .
Величину можно
назвать длительностью импульса на уровне
, так как при
высота импульса
падает в e раз. В этом случае выражение () для спектра примет
вид
,
(88)
откуда следует, что ширина спектра на уровне
при одностороннем отсчёте равна
и
. (89)
Можно показать, что любого импульсного сигнала это
произведение является постоянной величиной, т.е. . (90)
Из выражения (90) следует важный вывод: невозможно одновременно сконцентрировать сигнал в узкой полосе частот и в коротком интервале времени.
1.7. Соотношение между длительностью сигнала и шириной его спектра
Из результатов анализа сигналов различной формы следует, что чем меньше длительность сигнала, тем шире его спектр и наоборот.
Основным результатом исследования является то, что
значение произведения при
фиксированном значении энергетической эффективности
максимально для
прямоугольного импульса и минимально для колокольного. В частности, уровню
% для прямоугольного,
треугольного и колокольного импульсов соответствуют значения
, равные 1,8; 0,94; и
0,48.
Отметим, что в некоторых практических задачах для
точного сохранения формы исходного сигнала произведение должно быть значительно
больше единицы.
В любом случае при заданной форме сигнала сжатие его во времени с целью, например, повышения точности определения момента его появления неизбежно сопровождается расширением спектра, что заставляет расширять полосу пропускания устройства обработки сигналов. Аналогично сжатие спектра импульса с целью повышения точности измерения частоты неизбежно сопровождается растяжением сигнала во времени, что требует увеличения времени наблюдения (обработки).
1.8. Корреляционные функции
Одним из важных функции, расширяющих представления о сигналах и их свойствах, является автокорреляционная и взаимно корреляционная функций.
Корреляционная функция для вещественного сигнала по определению равна
,
(91)
где - временной сдвиг.
При нулевом временном сдвиге имеем
,
(92)
где Э – энергия сигнала. Следовательно, при нулевом временном сдвиге автокорреляционная функция равна энергии сигнала.
Перечислим основные свойства автокорреляционной функции:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.