Информативные признаки сигналов реферат
Обновлено: 05.07.2024
Передается информация в виде сигналов. Сигнал есть физический процесс, несущий в себе информацию. Сигнал может быть звуковым, световым, в виде почтового отправления и др
Сигнал является материальным носителем информации, которая передается от источника к потребителю. Он может быть дискретным и непрерывным (аналоговым)
Аналоговый сигнал- сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.
Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени, поэтому аналоговый сигнал иногда называют непрерывным сигналом . Аналоговым сигналам противопоставляются дискретные (квантованные, цифровые).
Примеры непрерывных пространств и соответствующих физических величин: (прямая: электрическое напряжение; окружность: положение ротора, колеса, шестерни, стрелки аналоговых часов, или фаза несущего сигнала; отрезок: положение поршня, рычага управления, жидкостного термометра или электрический сигнал , ограниченный по амплитуде различные многомерные пространства: цвет, квадратурно-модулированный сигнал .)
Свойства аналоговых сигналов в значительной мере являются противоположностью свойств квантованных или цифровых сигналов .
Отсутствие чётко отличимых друг от друга дискретных уровней сигнала приводит к невозможности применить для его описания понятие информации в том виде, как она понимается в цифровых технологиях. Содержащееся в одном отсчёте "количество информации" будет ограничено лишь динамическим диапазоном средства измерения.
Отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений следует, что любая помеха, внесенная в сигнал , неотличима от самого сигнала и, следовательно, исходная амплитуда не может быть восстановлена. В действительности фильтрация возможна, например, частотными методами, если известна какая-либо дополнительная информация о свойствах этого сигнала (в частности, полоса частот).
Аналоговые сигналы часто используют для представления непрерывно изменяющихся физических величин. Например, аналоговый электрический сигнал , снимаемый с термопары, несет информацию об изменении температуры, сигнал с микрофона - о быстрых изменениях давления в звуковой волне, и т.п.
Дискретизация – это преобразование непрерывного сигнала в дискретный (цифровой).
Разница между дискретным и непрерывным представлением информации хорошо видна на примере часов. В электронных часах с цифровым циферблатом информация представляется дискретно – цифрами, каждая из которых четко отличается друг от друга. В механических часах со стрелочным циферблатом информация представляется непрерывно – положениями двух стрелок, причем два разных положения стрелки не всегда четко отличимы (особенно если на циферблате нет минутных делений).
Непрерывный сигнал– отражается некоторой физической величиной, изменяющейся в заданном интервале времени, например, тембром или силой звука. В виде непрерывного сигнала представлена настоящая информация для тех студентов – потребителей, которые посещают лекции по информатике и через звуковые волны (иначе говоря, голос лектора), носящие непрерывный характер, воспринимают материал.
Как мы увидим в дальнейшем, дискретный сигнал лучше поддается преобразованиям, поэтому имеет преимущества перед непрерывным. В то же время, в технических системах и в реальных процессах преобладает непрерывный сигнал. Это вынуждает разрабатывать способы преобразования непрерывного сигнала в дискретный.\
Для преобразования непрерывного сигнала в дискретный используется процедура, которая называется квантованием.
Цифровой сигнал - сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений.
Дискретный цифровой сигнал сложнее передавать на большие расстояния, чем аналоговый сигнал , поэтому его предварительно модулируют на стороне передатчика, и демодулируют на стороне приёмника информации. Использование в цифровых системах алгоритмов проверки и восстановления цифровой информации позволяет существенно увеличить надёжность передачи информации.
Замечание. Следует иметь в виду, что реальный цифровой сигнал по своей физической природе является аналоговым . Из-за шумов и изменения параметров линий передачи он имеет флуктуации по амплитуде, фазе/частоте (джиттер), поляризации. Но этот аналоговый сигнал (импульсный и дискретный ) наделяется свойствами числа. В результате для его обработки становится возможным использование численных методов (компьютерная обработка).
Изучение развития колебательных процессов в испытуемых изделиях, путем проведения исследований одиночных импульсных сигналов излучаемых данным изделием, требует знания их параметров. Эти параметры должны позволять воссоздавать наиболее полную картину сигнала в частотной и временной области. Основными такими параметрами сигнала являются: энергия сигнала, пиковая мощность, длительность сигнала, несущая частота, количество посылок в сигнале.
Необходимость их измерения заключается в следующем:
Энергия импульса позволяет определить критерии стойкости измерительной аппаратуры и выяснить энергетические возможности разрабатываемых источников.
Пиковая мощность сигнала позволяет определить процессы развития колебаний и характеризует его способности.
Измерение длительности радиоимпульса позволяет выяснить механизм происходящих процессов.
Количество импульсов позволяет уточнить динамику процессов в источнике, сразу определяя параметры радиотехнических процессов, одновременно характеризуя поведение механических процессов.
Комплексный анализ этих данных позволяет практически выяснить сущность протекающих в одноразовых источниках процессов, уточнить параметры физической модели, и своевременно внести коррективы в разрабатываемые источники.
Для измерения параметров импульсного электромагнитного излучения, группой разработчиков института Радиофизики и электроники НАН Украины, разработан базовый блок спектрометра. Он позволяет измерять энергию одиночного электромагнитного импульса W, максимальное значение пиковой мощности сигнала Р, длительность входного сигнала T, и количество импульсов в сигнале N.
Принцип работы спектрометра ИПИЭИ-1
Алгоритм работы прибора предусматривает работу прибора в диалоговом режиме с оператором и проверку работоспособности аккумуляторных батарей. Для уменьшения температурных погрешностей прибор калибруется в различных температурных диапазонах, а данные результатов калибровки зашиваются в соответствующую область памяти. Устранение погрешности связанной с температурным прогревом элементов при включении прибора достигается за счет введения 2-х минутного интервала после чего встроенный процессор осуществляет внутреннее тестирование напряжений на аккумуляторах и начальных напряжений амплитудного детектора и только при их нормальных значениях разрешается дальнейшая работа с прибором. Наличие процессоров позволяет организовать передачу данных результатов измерений к удаленной вычислительной машине.
Общий вид спектрометра ИПИЭИ-1 изображен на рис.2
Рис1. Блок схема спектрометра ИПИЭИ-1.
Технические характеристики спектрометра ИПИЭИ-1
1. Диапазон рабочей частоты - 9,38 ГГц, = 3 см.
2. Полоса пропускания в рабочем диапазоне = 450 МГц.
3. Эффективная площадь антенны S = 1,38 см .
4. Диапазон измеряемой энергии излучения Е дж, от 0,02 T 10 до 3,7T10 .
5 Диапазон измеряемой мощности излучения P Вт, от 0,05 T 10 до 5,0 T 10 .
6. Диапазон измеряемой длительности импульса излучения сек, от 0,30 T10 до 550 T10 .
7. Количество измеряемых импульсов в одном измерении не более 100.
8. Измерительный приемник выполнен в виде моноблочной конструкции с автономным питанием амплитудой 12 В.
9. Емкость источников питания не менее 1,2 А/ч.
10. Измерительный приемник энергии СВЧ - излучения имеет выходные, защищённые от СВЧ - наводок, разъемы для подзарядки аккумуляторных батарей, дисплей прибора также защищён от наводок.
Передача сигналов и общая теория связи. Параметры детерминированных сигналов, минимальное и мгновенное значение. Измерительные приборы и параметры сигналов. Функциональная схема системы передачи информации и их ограничение. Акустическая линия связи.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.10.2011 |
| Размер файла | 253,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1.1 Основные определения
Физический процесс, переносящий информацию, называется сигналом. С информационной точки зрения сигналы можно разделить на детерминированные и случайные.
Детерминированный сигнал - такой сигнал, мгновенные значения которого в любой момент времени можно предсказать с вероятностью единица.
Периодический сигнал - это сигнал, любое значение которого повторяется через период Т, т.е.
S(t) = S(t+T). -? 2 , что не удобно для использования, поэтому на практике применяют ("сигма") - значение, называемое СКО - "среднее квадратичное отклонение". Для электрического случайного сигнала это соответствует значению переменной составляющей (в среднем). Распределение мгновенных значений случайной величины по амплитуде оценивается статистически выражением W(x) - распределением плотности вероятности случайной величины х. Плотность вероятности говорит о вероятностном нахождении мгновенного значения случайной величины в малом интервале dx (подобно спектральной плотности N0 в "белом" спектре шума). Большинство реальных природных шумов имеет распределение, описанное немецким ученым Гауссом:
Это распределение из-за его широкого распространения называют "нормальным".
Итак, в качестве универсальной помехи (описывающей все возможные вредные воздействия) принимаем "белый", нормальный, "центрированный" шум. Эта помеха, конечно, идеализирована и крайне тяжелая для аппаратуры, однако, в силу ее универсальности используется для исследования помехоустойчивости всех систем связи.
Напомним, что "белы" шум имеет равномерный сплошной спектр. Однако, для телефонных каналов следует учитывать частотную характеристику, соответствующую частотной чувствительности уха человека (рис. 1.33). Такая характеристика называется "псофометрической", а шум с таким спектром - "псофометрическим шумом".
После линии связи полезный информационный сигнал совместно с помехой обрабатывается в приемном устройстве, которое должно наилучшим образом (оптимально) выделить полезный сигнал из его смеси с помехой. Эту полезную процедуру оптимального выделения рассмотрим в пятой лекции. Обработанный в приемном устройстве модулированный сигнал подвергается демодуляции, т.е. полезная информация должна быть "ссажена" с несущего колебания и представлена в своем исходном сигнальном значении. Процесс демодуляции иногда называют детектированием (от английского слова detect - открывать, обнаруживать). Иногда, особенно при использовании цифровых сигналов, процессы модуляции и демодуляции осуществляются в подобных технологических устройствах (или в процессе установления связи требуется поочередное включение модуляторов и демодуляторов), что приводит к необходимости объединения устройств модуляции и демодуляции в единый блок - модем, который иногда конструктивно выделяют в отдельное устройство.
Аналогичного в кодере и декодере процессы кодирования и декодирования реализуются в подобных схемах, что позволяет их объединить в единый блок - кодек.
Полученная в результате передачи по каналу связи информация должна быть представлена на выходе в виде, удобном для считывания человеком или исполнительным устройством. Виды представления информации и конечные отображающие приборы определяются назначением системы передачи и диктуются условиями эксплуатации системы связи.
При прохождении сигнала по физической среде на него воздействуют различные дестабилизирующие факторы, в результате чего возникают шумы и помехи самой различной природы ( рис. 12.4). При регистрации сигнала основной задачей является выделение из общего сигнала полезной составляющей и максимальное подавление шумов и помех.
Чтобы анализировать, исследовать и обрабатывать сигналы необходимо использовать математическую модель сигнала, которая представляет собой математическое описание сигнала. Слово "модель" произошло от латинского modelium, что означает: мера, способ, образ. Назначение модели состоит в том, что она отображает лишь наиболее важные черты сигнала и позволяет абстрагироваться от его физической природы и материальной формы носителя. Как правило, описание сигнала задается функциональной зависимостью его значений от независимой переменной, например, s(t).
Простейшими сигналами являются одномерные сигналы, то есть значение сигнала зависит от одного параметра (например, звуковые сигналы). Пример одномерного сигнала на рисунках 12.3,12.4.
В общем случае сигналы являются многомерными функциями пространственных, временных и прочих координат. Пример – интенсивность компьютерного изображения р(x,y) ( рис. 12.5).
По форме представления сигналы бывают двух типов – аналоговые и цифровые (дискретные) ( рис. 12.6). Аналоговый сигнал определен для любого значения независимого параметра, то есть является непрерывной функцией непрерывного аргумента. Источниками аналоговых сигналов, как правило, являются физические процессы и явления, непрерывные в своем развитии (динамике изменения значений определенных свойств) во времени, в пространстве или по любой другой независимой переменной, при этом регистрируемый сигнал подобен (аналогичен) порождающему его процессу.
Фундаментальным аналоговым сигналом является синусоида ( рис. 12.7). В общем случае синусоидальный сигнал можно представить так:
Синусоидальный сигнал можно определить тремя параметрами: максимальной амплитудой , частотой и фазой . Максимальной амплитудой называется максимальное значение или интенсивность сигнала во времени; измеряется максимальная амплитуда, как правило, в вольтах. Частотой называется темп повторения сигналов (в периодах за секунду, или герцах). Эквивалентным параметром является период сигнала Т, представляющий собой время, за которое происходит повторение сигнала; следовательно, . Фаза является мерой относительного сдвига по времени в пределах отдельного периода сигнала.
Большинство аналоговых сигналов в природе имеют более сложную форму. Периодические, то есть повторяющиеся через определенный интервал времени, сигналы произвольной формы, могут быть представлены в виде суммы гармонических колебаний с помощью преобразования Фурье. Применив преобразование Фурье, т.е. сложив вместе достаточное количество синусоидальных сигналов с соответствующими амплитудами, частотами и фазами, можно получить электромагнитный сигнал любой формы. Аналогично, любой сигнал рассматривается как совокупность периодических аналоговых (синусоидальных) сигналов с разными амплитудами, частотами и фазами.
Цифровой сигнал можно выразить следующим образом:
Совокупность спектральных составляющих сигнала образует его спектр. Амплитуда каждой спектральной составляющей характеризует энергию соответствующей гармоники основной частоты сигнала. Чем выше скорость изменения сигнала, тем больше в его спектре высокочастотных гармоник. Разность между максимальной и минимальной частотой в спектре сигнала называется шириной спектра сигнала.
В соответствии с изменением амплитуды аналогового сигнала меняется его мощность или энергия, пропорциональная квадрату амплитуды. В зависимости от времени измерения сигнала различают среднюю и мгновенную мощность. Десятичный логарифм отношения максимальной мгновенной мощности сигнала к минимальной называется динамическим диапазоном сигнала.
Признак защищаемого сигнала, позволяющий обнаруживать и распознавать его среди других сигналов, называется демаскирующим. Признаки сигналов описывают параметры полей и электрических сигналов, генерируемых объектом защиты: мощность, частота, вид сигнала, ширина спектра и т.п.
Аналоговый сигнал описывается набором параметров, являющихся его признаками. К ним относятся параметры, рассмотренные нами ранее:
- частота и диапазон частот;
- амплитуда (и мощность) сигнала;
- фаза сигнала;
- длительность сигнала;
- вид модуляции ;
- ширина спектра сигнала;
- динамический диапазон сигнала.
К демаскирующим признакам сигналов можно отнести и время их проявления, в зависимости от которого сигналы делятся на регулярные (получателю известно время появления) и случайные (время появления не известно).
Вид информации, содержащийся в сигнале, изменяет его демаскирующие признаки. Например, сигнал стандартной речи, передаваемой по телефонной линии, имеет ширину спектра 300-3400 Гц, звуковой – 16-20000 Гц, телевизионный – 6-8 МГц и т.д.
У дискретных сигналов амплитуда имеет конечный, заранее определенный набор значений. Наиболее распространенным сигналом, применяемым, в частности, в ЭВМ, является бинарный сигнал. Бинарный сигнал имеет два уровня амплитуды: низкий и высокий.
Дискретный сигнал в общем случае характеризуется следующими параметрами: амплитудой, мощностью, длительностью импульса, периодом, шириной спектра сигнала, скважностью импульсов (отношение периода к длительности одного импульса).
Бинарный периодический сигнал характеризуется следующими параметрами:
При прохождении дискретных сигналов по проводам их спектр изменяется ввиду различных воздействующих факторов извне и свойств среды передачи. В результате искажается их форма и уменьшается крутизна импульсов, что уменьшает дальность их передачи.
Читайте также: