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.