Основные определения и классификация сигналов

Главной задачей радиоэлектроники является преобразование, передача, прием и обработка информации. Информация — это совокупность сведений о состоянии интересующего нас объекта, события или явления. Информация с начало преобразуется в сообщение. Сообщение — это форма представления информации. Сообщение можно передать на расстояния с помощью сигнала .

Сигнал — это некоторый изменяющийся физический процесс, который является носителем сообщения. В радиоэлектронике в качестве физического процесса ( сигнала ) используют колебания электрического тока различной формы и частоты. В качестве сообщения могут выступать человеческий голос, звучания музыкального инструмента, изображение, различные виды излучений и другие. С помощью датчиков и первичных преобразователей электронные устройства преобразуют эти сообщения в электрические сигналы. В биомедицинских электронных системах в качестве информации выступают, на пример, сведения в состоянии сердца в норме или при патологических отклонениях. Эти сведения могут содержатся в акустических колебаниях ( шумах ), которые возникают при работе клапанного аппарата сердца. А отображающие эти шумы электрические колебания формируют сигнал, который называется фонокардиограммой. Этот сигнал подлежит дальнейшим преобразованиям и обработке с целью получения диагностического заключения.

Первичный электрический сигнал, в который преобразуется сообщение, называется видеосигналом ( рисунок 1.1 а ).

а б

в

Рисунок 1.1

Видеосигналы можно передать по линиям связи непосредственно или преобразовать в высокочастотные несущие колебание, параметры которого управляются видеосигналом.

Сигнал, у которого высокочастотное колебание является гармоническим, называется радиосигналом ( рисунок 1.1 б ).Если в качестве несущего колебания выступает периодическая последованость импульсов, то такой сигнал называется импульсно-модулированным (рис 1.1,в).

Все сигналы можно разделить на регулярные или детерминированные и нерегулярные, или случайные. Регулярными являются сигналы, заданные аналогически или другим эквивалентным способом. Значение такого сигнала можно определить точно в какой момент времени.

Случайные сигналы принимают значения, которые невозможно предсказать заранее. Хаотический характер изменение случайных сигналов несет тем не менее разнообразную информацию об объекте. Анализ таких сигналов выполняется с помощью теории вероятностей и математической статистики.

Любые сигналы могут быть аналоговыми или непрерывными, дискретными и цифровыми. Непрерывным называется сигнал S(t), который может принимать любые значения в заданном интервале амплитуд в любой момент времени ( рисунок 1.2 а ). Термин "аналоговый сигнал "подчеркивает, что такой сигнал аналогичен, полностью подобен, порождающему его процессу.

Дискретный ( по времени ) сигнал представляет собой последовательность импульсов, амплитуда которых соответствует значениям непрерывного сигнала в дискретные моменты времени (рисунок1.2 б).

Дискретные по времени и квантованные по уровню сигналы –– это последовательность импульсов, амплитуды которых принимают только разрешенные значения в отчетные моменты времени. Если дискретные ( отсчетные ) значения последовательностей представить цифровыми кодами, то такие сигналы называются цифровыми

а б

Рисунок 1.2

Сигналы могут быть одномерные и многомерные. Сигнал, описываемый одной функцией времени U₁ (t) принято называть одномерным. Многомерные или векторные сигналы образованы множеством одномерных сигналов : .Целое число N называют размерностью такого сигнала. Многомерным сигналом является электроэнцефолограмма, снятая по множеству отведений с различных участков головы.

Классификация помех

В радиоэлектронной системе на вход приемного устройства одновременно с полезным сигналом поступают помехи от различных источников. Помехой называется постороннее воздействие, которое накладывается на полезный сигнал и затрудняет его прием. По происхождению помехи разделяются на три большие группы : атмосферные, индустриальные и организованные.

Атмосферные помехи возникают главным образом из-за разрядов молний во время гроз. На земном шаре одновременно происходит примерно 2 тысячи гроз, создающих в каждую секунду около 100 молний. К источникам атмосферных полей относятся также небольшие разряды, возникающие при трении наэлектризованных частиц ( снег, пыль ) в атмосфере, космические объекты, излучающие электромагнитные волны , а также флуктуации магнитного поля Земли.

Индустриальные помехи создаются различными промышленными электроустройствами при искрении ,разрядах и других электрических процессах, связанных с быстрыми изменениями токов. Одной из главных причин появления индустриальных помех являются коммутационные процессы, возникающие в контактах выключателей , в коллекторах электрических машин, в системах зажигания автомобилей, самолетов и т.п.

Организованные помехи создаются преднамеренно для организации противодействия приему полезных сигналов.

Все помехи, не зависима от их происхождение по форме разделяются на импульсные, флуктукционные и в виде периодических или гармонических колебаний. Помеха называется импульсной, если она состоит из коротких импульсов, следующих друг за другом ( рисунок 1.3 а ).

а б

Рисунок 1.3

Флуктуационные помехи имеют форму хаотически изменяющегося непрерывного колебания ( рисунок1.3 б ). Эти колебания являются случайными функциями и для их анализа использують вероятностные методы исследования.

Гармонические помехи возникают от посторонних генераторов периодических колебаний, у которых основная часть гармоник расположены в рабочем диапазоне частот радиоэлектронной системы.

Кроме рассмотренных помех, возникающих в тракте передатчик-приемник могут возникать аппаратурные помехи, причиной которых является нарушения работы отдельных элементов и узлов аппаратуры.

Собственные шумы передатчика и приемника вызываются тепловыми шумами и другими физическими эффектами в электронных схемах. Эти шумы имеют характер флуктуационных помех. Из-за сравнительно небольшого уровня эти шумы проявляются при больших усиления сигнала и высокой чувствительности поемной аппаратуры.

По характеру воздействия на полезный сигнал, помехи бывают аддитивные и мультипликативные. Если передается сигнал S(t), то на входе приемного устройства в результате воздействия помех, может быть принят сигнал X(t), искаженный помехами:

где — мультипликативная помеха; — аддитивная помеха.

Мультипликативные помехи перемножаются с сигналом. Причина их появления является изменения коэффициента передачи канала связи, вследствие изменения его параметров. Мультипликативные помехи проявляются при наличии сигнала. Аддитивные помехи складываются с сигналом, существуют независимо от сигнала и вызываются сторонним возмущением поля, с помощью которого передается сигнал по каналу связи: электрическим, магнитным, акустическим и другими.