Файл: Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника учебник.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 168

Скачиваний: 10

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

чего анализатор спектра должен быть выполнен в виде параллель­ ного соединения многих отдельных анализаторов (рис. 173, а). Каж­ дый фильтр должен иметь как можно более узкую полосу пропуска­ ния, но эквивалентные добротности и коэффициенты передачи всех фильтров должны быть строго одинаковыми. Постоянные времени всех вольтметров должны быть большими или отсчеты должны браться в момент окончания сигнала.

Если сигнал записан на магнитофоне, то, склеив ленту с записью в кольцо, при воспроизведении получим квазипериодический сигнал, спектр которого может быть легко измерен и пересчитан в ампли­ тудный спектр исходного однократного сигнала. При этом обычно проводится и измерение спектра фаз, поскольку его измерения при

однократном сигнале сложны и не вполне

определенны.

И з м е р е н и е д л и т е л ь н о с т и

с и г н а л а

и м о ­

м е н т а е г о п о я в л е н и я . При отсутствии помех

эти измере­

ния проводятся обычным образом с помощью электронно-счетных измерителей временных интервалов или осциллографов со ждущей калиброванной разверткой. При наличии помех измерения резко усложняются, поскольку нет фильтров, которые могли бы эффек­ тивно их подавлять. Это объясняется тем, что спектр однократного сигнала сплошной и весьма широкий и энергия сигнала, как пра­ вило, более или менее равномерно распределяется в широком интер­ вале частот. Это приводит к тому, что помехи, имеющие более или менее равномерный спектр перекрывают спектр сигнала практически на всем его протяжении. Поэтому автокорреляционные и взаимнокорреляционные методы борьбы с помехами эффективны лишь при достаточно большой длительности сигнала. Также сравнительно мала эффективность согласованных фильтров, являющихся, в сущ­ ности, автокорреляторами-накопителями. В согласованном фильтре происходит искажение формы исходного сигнала — все составля­ ющие преобразовываются таким образом, чтобы к моменту оконча­ ния сигнала они все оказались в одной фазе и образовали пик сиг­ нала. При этом, очевидно, утрачивается информация, переносимая изменениями формы сигнала, а остается лишь информация о факте и моменте появления сигнала. Рассмотрим обнаружение момента

появления однократного сигнала в виде

прямоугольного импульса

(рис. 173, б) с амплитудой

U0

и длительностью

ти .

Спектр этого

импульса

 

 

 

 

 

 

Sex (/СО) = U0

е-"»'

dt =

^ {

i - е-"Ч

 

Согласованный фильтр оJдолжен

иметь

зеркально-симметричную

характеристику

 

 

 

 

 

 

К (/со)о п т = SBX (-/со) е-**. =

( е - / - и _

{ )

e-t«u

 

Условия физической

реализуемости фильтра требуют, чтобы

t0

ти . Пусть t0 = т и ,

тогда имеем

ВДопт=^[1-е-'-«].

Такую характеристику имеет устройство, содержащее усилитель К0, интегратор, имеющий коэффициент передачи [/со] - 1 , линию задержки, инвертор задержанного импульса на 180° и сумматор. На выходе сумматора сигнал имеет форму равнобедренного тре­ угольника (рис. 173, в). Амплитуда выходного импульса

(7вых (h) ~ К0и\хя ( 1 - ^

) ~ ^ос70 ти ,

где К „ — коэффициент

усиления;

 

Т — постоянная

интегрирования.

 

Следует заметить, что для коротких

импульсов простой формы

(прямоугольных, треугольных и т. д.) увеличение отношения сиг­ нал/шум сравнительно небольшое и обычно не превышает 30 — 40% . Однако в случае сложных сигналов (например, отрезка синусоиды из нескольких периодов, затухающей синусоиды) выигрыш может быть весьма большим, и, чем сложней форма сигнала и больше его длительность, тем лучше.

Установив на выходе согласованного фильтра пороговое устрой­ ство, выдающее импульс только при появлении сигнала на входе, можно зафиксировать момент его появления (точнее, окончание сиг­ нала, но, поскольку известна длительность сигнала, можно опреде­ лить и начало).

§ 104. Измерение параметров случайных сигналов

В современной геофизике широко используются шумоподобные

сигналы (например, естественные электромагнитные, радиационные

и акустические поля Земли), приближающиеся по своим

характери­

стикам к стационарному эргодическому процессу. При

этом полез­

ная информация, содержащаяся в этих сигналах,

достаточно полно

и вполне объективно отображается с помощью

корреляционных

функций и энергетических спектров

 

АР

 

W ( a > ) Z I = ~ K f ~ t в т / г ц -

 

На рис. 174, а приведена функциональная схема многоканаль­ ного измерителя энергетического спектра, состоящего из нескольких узкополосных избирательных усилителей с одинаковой эквивалент­ ной добротностью, квадратичных выпрямителей, интеграторов с большими постоянными интегрирования и измерителей. Энергетиче-

348

ский спектр связан с автокорреляционной функцией интегралом Фурье

 

со

 

со

 

 

 

-

J

Ф (т) е - / й И dx и ф (т ) = -J _

j

И7

(со) е ' И т

Лв.

W (to) =

 

- с о

 

со

 

 

 

 

Поэтому, если известен энергетический спектр, известна и авто­ корреляционная функция (и наоборот). х\втокорреляционная функ­ ция может быть определена многими способами (например, с по­ мощью коррелятора, показанного на рис. 166). На рис. 174, б дана

Рис. 174.

функциональная схема коррелометра с последовательным анализом. В качестве устройства с регулируемой задержкой может быть ис­ пользован магнитный барабан (или кольцо магнитной пленки) и пространственно-регулируемые головки записи ГЗ и воспроизведе­ ния ГВ (рис. 174, в).

Рассмотренные выше измерительные устройства являются экс­ пресс-измерителями и применяются преимущественно для предвари­ тельного измерения параметров сигналов. Окончательная обработка сигналов в настоящее время производится ЦВМ. Для этого сигналы преобразуются в цифровую форму, записываются на магнитную ленту и вводятся в ЦВМ, которая располагает практически

349

неисчерпаемыми возможностями анализа как чистых сигналов, так и сигналов, приходящих на фоне шумов, — от проведения фильтрации до выполнения операций по опознаванию образа сигнала. Однако не все измерения целесообразно проводить с помощью ЦВМ; в частности, если речь идет об измерении частоты, фазового сдвига, спектра фаз и т. д. с высокой точностью, то устройства ввода сигналов в ЦВМ могут оказаться значительно более сложными, чем обычные элект­ ронно-счетные измерители частоты, фазы и т. д., а точность измере­ ния с помощью ЦВМ может оказаться существенно хуже. Таким образом, практически всегда необходима предварительная обработка сигналов и преобразование их параметров к виду, наиболее удоб­ ному для обработки на ЦВМ.

Упражнения к главе X X I I I

1.Нарисуйте функциональную схему устройства, позволяющего разделять сигналы в виде одиночных импульсов прямоугольной формы, отличающихся по амплитуде в 2 раза.

2.Каким образом на двумерном экране ЭЛТ может быть получено трехмер­ ное изображение?

3.Нарисуйте функциональную схему вольтметра средних значений с син­ хронным выпрямителем.

4.Можно ли в схеме автокоррелятора использовать устройства для магнит­ ной записи?

5.Докажите, что с помощью синхронного детектора можно производить измерения фазового сдвига.

6.Нарисуйте функциональную схему гетеродинного фазометра.

7.Предложите функциональную схему устройства для измерения амплитуд

ифаз первых пяти гармоник прямоугольного напряжения (см. упражнение 1, в к главе I ) , имеющего период 1 сек, амплитуду 1 мкв при интенсивных помехах.

Смотрите также файлы