Классификация сигналов (лекция 01)

1.

Теория и применение
радиолокационных сигналов
Лекция 01
Классификация сигналов

2.

Состав курса
Неделя
Контрольное мероприятие
Минимум
баллов
Максимум
баллов
9
Рубежный контроль №1, письменный
30
50
17
Рубежный контроль №2, письменный
30
50
Рекомендуемая литература
1. Трухачев А. А., Радиолокационные сигналы и их применения. – М.: Воениздат, 2005. – 320 с.
2. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. – М.: Сов. Радио, 1971.-568 с.
3. Солонина А.И., Д.А. Улахович, С.М. Арбузов, Е.Б. Соловьёва. Основы цифровой обработки
сигналов, Санкт-Петербург «БХВ-Петербург», 2005.
4. Информационные технологии в радиотехнических системах: Учеб.пособие / В.А. Васин [и др.];
Под ред. И.Б. Федорова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 846с.
5. Теоретические основы радиолокации: Учебное пособие для вузов / Под ред. Я.Д. Ширмана. –
М.: Сов. Радио, 1970.
6. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник / Я.Д. Ширман, Ю.И.
Лосев, Н.Н. Минервин и др.; Под ред. Я.Д. Ширмана. – М.: ЗАО "Маквис", 1998. – 828 с.
7. Свистов В.М. Радиолокационные сигналы и их обработка. – М.:Сов. Радио, 1977. – 448 с.
8. Кирьянов Д.В. Mathcad 15. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012. – 432 с.

3.

Основные типы сигналов
Аналоговый
Дискретный
Цифровой

4.

Классификация сигналов
Классификация сигналов по степени известности:
• детерминированные (известны все параметры сигнала в любой момент
времени);
• случайные (некоторые или все параметры сигнала неизвестны и носят
случайный характер).
• сигналы с ограниченной энергией (сигналы с интегрируемым квадратом),
для них выполняется соотношение:
S t dt const
2
Отметим, что все не шумовые сигналы в общем виде имеют конечную
энергию как минимум на заданном интервале.
С точки зрения периодичности сигнала различают:
– непериодические;
– периодические.
Чаще всего при описании сигнала используется его гармоническое разложение
по гармоническим сигналам вида:
S (t ) A t cos( t ) A t cos(2 t ) A t exp(i ( t ))

5.

Вспомогательные функции
Функция Дирака
Функция Хэвисайда
Огибающая, сформированная с помощью функции Хэвисайда

6.

Энергия и мощность
Под энергией сигнала будем понимать:
T
E S (t ) 2 dt
0
Под мгновенной мощностью сигнала будем понимать:
P(t ) S (t )2
Под средней мощностью будем понимать:
T
1
Pср S (t ) 2 dt
T 0
Под импульсной мощностью понимается:
Pимп
1
имп
имп
S (t ) 2 dt Pср Q
0
Среднеквадратическое значение сигнала соответственно:
U кв Pср

7.

Преобразование Фурье
Прямое и обратное преобразование Фурье (циклическая частота)
S ( ) S (t ) e i t dt ,
1
S (t)
S ( ) ei t d .
2
Прямое и обратное преобразование Фурье (частота)
S ( f ) S (t ) e i 2 f t dt ,
1
S (t )
S ( f ) ei 2 f t df .
2

8.

Свойства преобразования Фурье
Условия применения:
1. Сигнал должен иметь в интервале разложения конечное
число экстремумов и разрывов 1 рода.
2. Сигнал должен быть абсолютно интегрируемым, то есть
интеграл в любой точке является конечным (константой).
Свойства преобразования Фурье:
1. Преобразование линейное.
2. Справедливо равенство Парсеваля (равенство энергии
независимо от представления сигнала в частотной или
временной области).

9.

Пример спектра сигнала
Прямоугольный импульс
Амплитудный спектр сигнала
Фазовый спектр сигнала

10.

Пример спектра сигнала
Прямоугольный импульс
Амплитудный спектр сигнала
Фазовый спектр сигнала

11.

Пример спектра сигнала
Сигнал
Амплитудный спектр сигнала
Фазовый спектр сигнала

12.

Процессы влияющие на сигналы
В радиотехнических системах с применением сигналов связаны
следующие основные процессы:
• формирование зондирующего (опорного) сигнала с заданными
параметрами с учетом искажений за счет несовершенства аппаратуры;
• излучение зондирующего сигнала с заданными параметрами в
пространство, с учетом несоответствия СВЧ и антенных частей
расчетным;
• распространение зондирующего сигнала в пространстве:
– отражение от подстилающей поверхности и присутствующих в
пространстве объектов;
– искажение сигналов за счет неоднородности пространства;
• прием отраженного радиолокационного сигнала на фоне шумов и
помех, влияние несовершенства приемных трактов и АЦП (теорема
Котельникова);
• обработка принятого отраженного радиолокационного сигнала с целью
извлечения полезной информации с максимальной достоверностью и
без ошибок.

13.

Задачи обработки сигналов
• Извлечение информации требует совершенствования аппаратуры
формирования, передачи и приема сигналов для и поиска оптимальных
алгоритмов обработки принятого сигнала на фоне шумов и помех для
решения тех или иных задач.
• В радиолокации к задачам обработки принятых сигналов относят:
– обнаружение объектов;
– измерение вектора состояния обнаруженного объекта, то есть
получение информации о положении в пространстве и параметрах
движения объекта;
– разрешение обнаруженных объектов – возможность измерения
параметров движения объекта, при наличии других объектов или иначе
способность разделять сигналы от двух объектов;
– распознавание (классификация) или селекция – возможность
определения класса или типа, к которому принадлежит обнаруженный
объект, за счет различной некоординатной информации.
• При решении этих задач используется информация, которая содержится в
четырех параметрах принятого сигнала: задержке принятого сигнала,
относительно излученного сигнала, амплитуде, частоте и фазе принятого
сигнала.