Классификация сигналов
Сигнал – это физическая величина, содержащая в себе определенную информацию, пригодная для обработки и передачи.
Обработка сигнала – это преобразование сигнала.
Основными целями процесса обработки сигнала являются:
- Сравнение степени близости различных сигналов.
- Оценка или определение числовых параметров сигналов.
- Изучение изменения параметров сигналов.
- Разложение сигналов на элементарные составляющие.
Обработка сигнала заключается в их математическом описании. Подавляющее большинство сигналов являются физическими величинами, которые изменяются во времени, поэтому самым легким способом их представления является представление в виде временной функции - s(t).
Сигналы классифицируются по:
- Размерности.
- Непрерывности.
- Виду математической модели.
- Физической природе носителя данных.
Размерность сигнала представляет собой число независимых переменных, которые служат основой для определения его значения. Большая часть сигналов, которые рассматриваются в теории, являются одномерными, имеющие вид s(x) (например, зависимость напряжения от времени или амплитуды от частоты). Двумерные сигналы имеют вид s(x,y). Самым очевидным примером двумерного сигнала является распределение величины по географическим координатам. Трехмерные сигналы, как правило, встречаются, если речь идет об определении значения величины в разных точках пространства. Также теоретически существуют многомерные сигналы, но они практически не встречаются.
Свойство непрерывности сигнала заключается в изменении какой-либо переменной без скачков. Противоположностью непрерывности сигнала является его дискретность или прерывность. Так образом по критерию непрерывности различают следующие виды сигналов: аналоговый сигнал (значения и переменная представляют собой непрерывное множество значений), дискретный сигнал (значения сигнала являются непрерывными, а переменная определена на дискретном множестве), квантованный сигнал (у такого сигнала независимая переменная непрерывна, а значения дискретны), цифровой сигнал (каждый из параметров описывается функцией дискретного времени и конечным множеством конечных значений). Примеры функций перечисленных сигналов изображены на рисунке ниже.
Рисунок 1. Функции основных видов сигналов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
По математической модели различают следующие виды сигналов - случайный и детерминированный. Сигнал является детерминированным, если по его математической модели можно определить значение сигнала в любой точке. Такие сигналы дополнительно подразделяются на периодические и непериодические. К периодическим относятся полигармонические и гармонические сигналы. Гармонические сигналы описываются следующим уравнением:
Рисунок 2. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, А, Wo, ф, Ф, fo - постоянные величины, исполняющие роль информационных параметров сигналов.
Полигармонические сигналы описываются суммой гармонических сигналов:
Рисунок 3. Уравнение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
К непериодическим сигналам относятся апериодические и почти периодические сигналы. Почти периодические сигналы представляют собой сумму гармонических сигналов с произвольными частотами, отношения которых не являются рациональным числом. Апериодические сигналы могут задаваться произвольными функциями времени.
По физической природе носителя данных различают акустические, оптические, электрические и электромагнитные сигналы.
Параметры и характеристики сигналов
К основным параметров сигналов относятся: длительность сигнала, определяющая интервал времени, в течение которого сигнал отличен от нуля; минимальное и максимальное значение, показывающие диапазон, в пределах которого изменяется значение сигнала; динамический сигнал, представляющий собой логарифм наибольшего возможного значения какой-либо величины к наименьшему возможному; ширина спектра сигнала, представляющая собой полосу частот, в пределах которой сосредоточена основная энергия сигнала; отношение сигнала и шума - отношение мощности полезного сигнала к мощности шума; частота дискретизации дискретного сигнала; период дискретизации; мгновенная мощность сигнала.
Мгновенная мощность сигнала может быть определена следующим значением:
Рисунок 4. Мгновенная мощность сигнала. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Согласно ГОСТу, основными характеристиками сигналов являются: аргумент спектральной функции сигнала, спектральная функция импульса, модуль спектральной функции сигнала; период периодического сигнала, частота периодического сигнала, фазовый спектр периодического сигнала, амплитудный спектр периодического сигнала, гармоника, комплексный спектр периодического сигнала, одномерная плотность вероятности, энергетический спектр, корреляционная функция, коэффициент модуляции “вниз” или “вверх”, девиация частоты, индекс угловой модуляции, фазовый сдвиг, время запаздывания, взаимный энергетический спектр, взаимокорреляционная функция, отклонение сигнала от линейного закона, коэффициент гармоник, коэффициент нелинейности сигнала, абсолютное отклонение сигнала.
