Название: Пространственно-временная и поляризационная структура сигналов. Характеристика временной структуры сигналов
Вид работы: реферат
Рубрика: Коммуникации и связь
Размер файла: 482.7 Kb
Скачать файл: referat.me-167659.docx
Краткое описание работы: Сигналы в системах (зондирующий, сигнал подсвета, запросный, собственное радиоизлучение объекта наблюдения, отраженный сигнал и т.п.). Электромагнитные поля. Поляризационная структура электромагнитного поля. Амплитудное равномерное распределение поля.
Пространственно-временная и поляризационная структура сигналов. Характеристика временной структуры сигналов
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Пространственно-временная и поляризационная структура сигналов. Характеристика временной структуры сигналов»
МИНСК, 2008
Сигналы в системах (зондирующий, сигнал подсвета, запросный, ответный, собственное радиоизлучение объекта наблюдения, отраженный сигнал и т.п.) являются электромагнитными полями, которые характеризуются временной и пространственной структурой. Кроме того, электромагнитное поле, являясь векторным, в отличие, например, от скалярного акустического поля, характеризуется еще и поляризационной структурой. Следовательно, модель сигнала должна отражать его временную, пространственную и поляризационную структуру:
Здесь - вектор напряженности электрического (магнитного) поля, в общем случае эллиптически поляризованного (рис. 1.1), который может быть разложен на две ортогонально поляризованные составляющие, каждая из которых характеризуется своей амплитудой и фазой:
где - поляризационный базис - пара ортонормированных векторов
и
единичной длины,
Е1
, Е2
- комплексные числа (координаты) вектора в базисе
являющиеся проекциями вектора
на направления ортов
и соответственно:
Обычно применяемые разложения в базисе из двух линейно поляризованных компонент или двух поляризованных по кругу компонент являются лишь частными случаями.
Меняя амплитуды и фазы (управляя амплитудами и фазами) ортогонально поляризованных колебаний (волн) с линейной поляризацией, получаемых, например, с помощью горизонтально и вертикально расположенных вибраторов, или с круговой поляризацией, получаемых, например, с помощью спиральных излучателей с правозаходной или левозаходной спиралью, можно формировать необходимую поляризационную структуру излучаемого сигнала и управлять ею.
Рис.1. Годограф – траектория, описываемая концом вращающегося с угловой скоростью w0
вектора напряжённости электрического (магнитного) поля эллиптически поляризованной волны.
Рис.2. Поляризационная структура электромагнитного поля при случайных коррелированных комплексных амплитудах ортогонально поляризованных составляющих.
Рис.3. Поляризационная структура электромагнитного поля при независимых комплексных амплитудах ортогонально поляризованных составляющих.
В общем случае комплексные амплитуда ортогонально поляризованных колебаний (Е1 , Е2 ) могут быть функциями времени, в том числе случайными. При этом поляризационный эллипс (его форма и ориентация) меняется во времени. При случайном характере комплексных амплитуд поляризационный эллипс размывается, причем степень его размытости определяется степенью коррелированности случайных амплитуд E1 (t) и Е2 (t)
При независимых комплексных амплитудах электромагнитная волна становится хаотически поляризованной.
Пространственная структура сигнала описывается амплитудно-фазовым распределением поля на раскрыве антенной системы (передающей или приемной)
где x, у – координаты раскрыва антенны.
Наиболее часто используемыми амплитудными и фазовыми распределениями поля на раскрыве антенны являются:
- амплитудное равномерное распределение (рис. 4)
,
,
где x, y – размеры раскрыва;
- амплитудное колоколообразное (гауссово) распределение (рис. 5)
где Xэф , Yэф – эффективный раскрыв антенны удовлетворяющий условию
- амплитудное косинусоидальное распределение m-й степени (рис. 6)
,
,
,
причем
- фазовое равномерное распределение, соответствующе не наклоненному плоскому волновому фронту (рис.7)
,
,
;
- фазовое линейное распределение, соответствующее наклоненному плоскому волновому фронту (рис. 8)
,
причем согласно рис. 2.2.8
,
аналогично
;
- фазовое квадратичное распределение, соответствующее сферическому волновому фронту (рис. 9)
,
причем согласно рис.2.2.9
,
аналогично
,
где R – радиус сферического волнового фронта, знак «+/- « соответствует положению сферического фронта относительно раскрыва антенны.
В общем случае амплитудно-фазовое распределение поля на раскрыве антенны может быть не только детерминированным, но и случайным, что подробно будет рассмотрено при изложении вопросов пространственной обработки сигналов.
Временная структура сигнала характеризуется амплитудно-фазовыми законами регулярной U(t) и случайной М(t) модуляции:
Регулярная модель отражает первичную амплитудно-фазовую модуляцию при формировании сигнала, а случайная модель, как правило, отражает вторичную амплитудно-фазовую модуляцию, приобретаемую сигналом в процессе его распространения и отражении:
Будем считать результатом регулярной модуляции периодическую последовательность Nодиночных радиосигналов, каждый из которых характеризуется законом модуляции U0 (t):
,
причем
где Тп - период следования (повторения) одиночных сигналов,
Е0
, - амплитуда, частота, начальная фаза одиночных сигналов.
Основные характеристики временной структуры сигналов
Основными характеристиками временной структуры сигналов _А_яяются: длительность Т0
, мощность Р0
, энергия Э0
, спектр G(ω), амплитудно-частотный спектр , фазочастотный спектр
, корреляционная функция (функция рассогласования) C(τ), время корреляции τ0
, энергетический спектр S(ω) , ширина спектра ∆f0
, функция неопределенности ρ(τ,F), эффективная ширина сечений функции неопределенности ∆τ и ∆f.
Длительность сигнала определяется как основание прямоугольни_А, площадь которого равна площади под кривой квадрата амплитудного закона модуляции (рис. 10):
,
.
Мощность сигнала определяется как усредненная во времени мгновенная мощность сигнала
.
Условно считаем амплитуду сигнала Ео приведенной к нагрузке в один Ом.
Энергия сигнала определяется как проинтегрированная во времени мгновенная мощность сигнала
.
Спектр сигнала характеризует распределение комплексных амплитуд (амплитуд и фаз) спектральных составляющих по частоте и определяется как прямое преобразование Фурье от сигнала:
где
- спектр закона модуляции сигнала.
Таким образом, спектр сигнала есть смещенный по частоте на величину несущей частоты ω0 спектр закона модуляции сигнала.
Различают амплитудно-частотный спектр сигнала (АЧС)
и фазочастотный спектр сигнала (ФЧС)
Корреляционная функция (функция рассогласования) сигнала есть усредненное во времени произведение двух сигналов, рассовмещенных по времени на величину τ:
где
- корреляционная функция закона модуляции сигнала.
Обратим внимание, что С(0) = 1.
Время корреляции и сигнала определяется как основание прямоугольника, площадь которого равна площади правого или левого «крыла» корреляционной функции (рис. 11)
.
Энергетический спектр сигнала характеризует распределение мощности спектральных составлявших по частоте и определяется как прямое преобразование Фурье от корреляционной функции сигнала:
,
где
- энергетический спектр закона модуляции сигнала.
Энергетический спектр пропорционален квадрату амплитудно-частотного спектра сигнала
Ширина спектра закона модуляции сигнала определяется как основание прямоугольнике, площадь которого равна площади под кривой энергетического спектра при одинаковой высоте и оказывается обратно пропорциональной удвоенному времени корреляции сигнала (рис. 12):
Функция неопределенности (функция Вудворда) сигнала есть квадрат модуля двумерной функции рассогласования С(τ,F) сигнала
,
которая является усредненным по времени произведением двух сигналов, рассовмещенных во времени на величину τ и по частоте на величину F:
Функция неопределенности в общем случае представляется поверхностью неопределенности (рис. 13).
Обратим внимание, что двумерная функция рассогласования C(τ,F) и функция неопределенности ρ(τ,F) являются нормированными:
,
.
Функция неопределенности обладает рядом фундаментальных свойств.
Свойство 1. Сечение функции неопределенности плоскостью F = 0 (вдоль оси τ) есть квадрат модуля функции рассогласования:
Ширина этого сечения (в первой приближении) обратно пропорциональна ширине спектра сигнала:
Свойство 2. Сечение функции неопределенности плоскостью τ = 0 (вдоль оси F) есть нормированный энергетический спектр квадрата амплитудного закона модуляции:
Ширина этого сечения обратно пропорциональная длительности сигнала:
Свойство 3. Функция неопределенности обладает свойством центральной симметрии:
Это свойство удобно иллюстрировать, используя диаграмму неопределенности. Диаграммой неопределенности называют сечение поверхности неопределенности горизонтальной плоскостью, параллельной плоскости τ, F, на таком уровне, при котором ширина этого сечения вдоль осей τ и F равна ∆t и ∆Fсоответственно. Диаграм_А неопределенности, удовлетворяющая свойству № 3, имеет форму эллипса, симметрично расположенного относительно центра (начала координат) (рис. 14).
Свойство 4. Объем тела неопределенности равен единице:
Это свойство (или принцип) неопределенности означает, что никакие способы временной модуляции сигнала не могут изменить объема его тела неопределенности. Они способны лишь перераспределить этот объем над плоскостью (τ,F ). Вудворд это свойство образно характеризовал так : «Тело неопределенности подобно куче пес_А, форму которой можно изменять, но при этом невозможно избавиться даже от одной песчинки».
ЛИТЕРАТУРА
1. Сиверс А.П. Проектирование радиоприемных устройств, М., Радио и связь, 2006.
2. Чердынцев В.В. Радиотехнические системы. – Мн.: Высшая школа, 2008.
3. Радиотехника и электроника. Межведоств. темат. научн. сборник. Вып. 22, Минск, БГУИР, 2004.
Похожие работы
-
Случайный пространственный сигнал в дальней зоне источника излучения. Пространственно-временная эквивалентность и принципы пространственной обработки сигналов
Понятие и сущность пространственного сигнала в дальней зоне источника излучения. Принципы и характеристика пространственно-временной эквивалентности обработки сигналов. Случайный пространственный сигнал, его характеристика и особенности. Отражение шума.
-
Расчет одномодового круглого волновода
Задание. Расчет одномодового круглого волновода. Рабочая частота - 6 ГГц Ширина полосы частот - 1 ГГц Коэффициент шероховатости стенок kш = 1.0 Заполнение волновода воздушное Атмосферные условия нормальное
-
Ансамбли различаемых сигналов. Структура устройств распознавания портретов. Оптимальная обработка некоррелированных портретов
Ансамбли различаемых сигналов - группы M однородных сигналов. Условие различимости сигналов - их взаимная ортогональность. Правило задачи распознавания-различения по аналогии с задачей обнаружения. Задачи обнаружения по критерию минимума среднего риска.
-
Сравнение качественных показателей радиоприемных устройств супергетеродинного типа и радиоприемных
Москва, 2009 год Радиоприемное устройство – одно из важнейших и необходимых элементов любой радиотехнической системы передачи сообщений. Оно обеспечивает: улавливание энергии электромагнитного поля, несущего полезное сообщение; усиление мощности полезного радиосигнала; детектирование; усиление мощности сигнала и преобразование его в сообщение, поступающее к получателю.
-
Сущность и методика решения задач распознавания и различения сигналов Ансамбли распознаваемых
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ кафедра ЭТТ РЕФЕРАТ на тему: Сущность и методика решения задач распознавания и различения сигналов. Ансамбли распознаваемых портретов
-
Волноводы
Определение геометрии прямоугольного и круглого волновода, расчет и построение графиков частотной зависимости электрических характеристик (фазовой, групповой скоростей и т.д.). Расчет геометрии коаксиальной, несимметричной, симметричной полосковой линии.
-
Особенности устройства антенны
Расчет размеров и параметров рупорной антенны. Линия передачи - фидерный тракт антенны. Вычисление КПД антенно-фидерного тракта и мощности передатчика. Эксплуатация антенно-фидерного устройства. Определение типа волновода исходя из размеров сечения.
-
Принцип построения высокочастотной части антенно-волноводной системы, с поворотом вектора поляризации
Радиолокационная станция 9S35М1: назначение; состав; основные тактико-технические характеристики. Функции волноводной системы, работа в режиме сопровождение. Структура и принцип действия модулятора. Силовой редуктор как электромеханическое устройство.
-
Поляризационная структура излученного сигнала, принятого сигнала. Когерентное объединение (накопление) сигнала в поляризационных каналах
Принципы поляризационной обработки сигналов на фоне помех. Поляризационная структура излученного и принятого сигнала. Когерентное объединение сигнала в поляризационных каналах. Преобразование поляризационного состояния волны. Понятие деполяризации.
-
Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена
Роль малого зеркала. Расчет геометрических параметров двухзеркальной антенны Кассегрена, параметров облучателя. Соотношение радиуса волновода и критической длины волны. Максимальная фазовая ошибка на краях апертуры. Амплитудное распределение в раскрыве.