Сигналом называется материальный носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с измеряемой физической величиной. Этот параметр называют информативным.
Измерительный сигнал (ИС) – это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.
Основные понятия, термины и определения в области измерительных сигналов устанавливает ГОСТ 16465-94 «Сигналы радиотехнические. Термины и определения». В этом документе проводится классификация ИС по различным признакам.
Измерительный радиотехнический сигнал – это напряжение или ток, изменяющиеся во времени, с заранее известными характеристиками, используемые для измерения характеристик радиотехнических цепей и их контроля. Его условное обозначение x(t), где x – напряжение или ток (информативные параметры), t – время.
По характеру изменения информативного и временного параметров ИС делятся на аналоговые, дискретные и цифровые.
Аналоговый сигнал описывает физический процесс, порождающий сигнал, развивающийся во времени таким образом, что значения сигнала можно измерять в любые моменты времени. Он описывается непрерывной или кусочно-непрерывной функцией Ya(t) (рисунок 2.1), причем как сама эта функция, так и ее аргументы могут принимать любые значения на заданные интервалах Y Î {Ymin; Ymax} и t Î {tmin; tmax}. Аналоговый сигнал представляется графиком (осциллограммой).
Рисунок 2.1 – Аналоговый сигнал.
Дискретный сигнал – это сигнал, изменяющийся дискретно во времени или по уровню. Простейшая модель дискретного сигнала – это счетное множество точек {ti} (i = 1, 2, 3, …) на оси времени, в каждой из которых определено отсчетное значение сигнала Yдi(t) (рисунок 2.2).
Рисунок 2.2 – Сигнал, дискретизированный во времени.
Величина D = ti+1 – ti называется шагом дискретизации, который, как правило, постоянен для каждого сигнала.
У сигнала, изменяющегося дискретно по уровню, значения Yд(t) существуют в любой момент времени t Î {tmin; tmax}, однако они могут принимать ограниченный ряд значений hi = nq, кратных кванту q.
Преимуществом дискретизации по времени перед дискретизацией по уровню состоит в отсутствие необходимости воспроизводить сигнал непрерывно во все моменты времени, что позволяет по одной и той же линии передавать сообщения от разных источников различным потребителям, организуя многоканальную связь с разделением каналов по времени.
Цифровым сигналом называется квантованный по уровню т дискретный по времени сигнал Yц(t), который описывается функцией, принимающей в дискретные моменты времени nT лишь конечный ряд значений – уровней квантования h1, h2, …, hn.
Отсчетные значения таких сигналов представлены в виде чисел в двоичной системе с ограниченным и, как правило, не слишком большим числом разрядов.
В сущности, любой дискретный или цифровой сигнал является сигналом аналоговым. Так, медленно изменяющемуся во времени аналоговому сигналу Ya(t) можно сопоставить его дискретный образ, имеющий вид последовательности прямоугольных видеоимпульсов одинаковой длительности; высота этих импульсов пропорциональна значению S(t) в отсчетных точках (а). Такой процесс превращения аналогового сигнала в дискретный называется дискретизацией по уровню (рисунок 2.3а). Дискретизация при изменении длительности отсчетных импульсов, при которой сохраняется высота отсчетных импульсов, но изменяется их длительность в соответствии с текущими отсчетными значениями, называется дискретизацией по времени (рисунок 2.3б).
Рисунок 2.3
По характеру изменения во времени сигналы делятся на постоянные, значение которых с течением времени не изменяется, и переменные, значения которых меняются с течением времени.
Переменные сигналы могут быть непрерывными во времени и импульсными.
Непрерывным называется сигнал, параметры которого изменяются непрерывно.
Импульсный сигнал – детерминированный сигнал конечной энергии, существенно отличный от нуля в течение ограниченного интервала времени, соизмеримого со временем завершения переходного процесса в системе, для воздействия на которую этот сигнал предназначен. Импульсные сигналы – это колебания, существующие лишь в пределах конечного отрезка времени.
Параметрами импульса являются амплитуда (А), длительность фронта (tф), длительность импульса (tи) и длительность среза (tс) (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4
По степени наличия априорной информации сигналы делятся на детерминированные, квазидетерминированные и случайные. Этот классификационный принцип основан на возможности или невозможности точного предсказания мгновенного значения сигнала в любой момент времени.
Детерминированный сигнал – это сигнал, закон изменения которого известен, а математическая модель не содержит неизвестных параметров. Мгновенные значения детерминированного сигнала известны в каждый момент времени.
Квазидетерминированный сигнал – это сигнал с частично известным характером изменения во времени, то есть с одним или несколькими неизвестными параметрами. Подавляющее большинство измерительных сигналов являются квазидетерминированными.
Детерминированные и квазидетерминированные сигналы делятся на элементарные, описываемые простейшими математическими формулами (постоянный, гармонический и т.д.), и сложные – импульсные и модулированные.
Сигналы могут быть периодическими и непериодическими.
Периодическим называется сигнал, мгновенные значения которого повторяются через постоянный промежуток времени.
Если реальные сигналы рассматривают как случайные функции времени, то говорят о случайных сигналах. В радиотехнике случайные сигналы чаще всего проявляются как помехи, однако могут нести в себе и информацию о природном объекте (например, сигнал на выходе радиотелескопа).
Помеха – сигнал, однородный с измерительным и действующий одновременно с ним.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему