1.2. Поля, сигналы, помехи, предмет статистической теории ртс

Физические явления, колебания, процессы, осуществляющие перенос информации, называют сигналами, и так как радиотехнике сообщения передаются посредством радиоволн, т. е. электромагнитного поля, то за ним и следовало бы закрепить наименование «сигнал». Поскольку поле математически описывается скалярной (напряженностью) или векторной (при учете поляризационных эффектов) функцией времени и пространственных координат, сигнал в РТС является пространственно-временным, задаваемым зависимостью s (t, г), в которой г - радиус-вектор рассматриваемой точки трехмерного пространства.

Помехи, упоминавшиеся ранее, есть не что иное, как некоторое вредное поле х(t, r), взаимодействующее с сигналом s(t, г), продуктом чего оказывается результирующее поле y(t, r) = F[s(t, r), x(t, г)], где F[•, •] -оператор, описывающий закон взаимодействия сигнала и помехи s (t, r) и x(t, г) могут складываться, скалярно или векторно перемножаться и т. д.). Наблюдатель, т. е. приемная сторона, воспринимает именно результирующее поле у (t, г).

В силу своей недетерминированности, непредсказуемости помеха разрушает однозначную связь поля, наблюдаемого в данной области пространства, с переносимым им сообщением, так что у приемной стороны могут возникать сомнения в достоверности получаемых ею сведений. Статистическая теория РТС как раз и призвана вооружить специалиста умением строить систему так, чтобы, используя имеющиеся средства, максимизировать помехоустойчивость РТС, в наибольшей степени защитить обрабатываемую информацию от искажающего влияния помех.

В принципе статистическая теория РТС позволяет ответить на вопрос о том, как наилучшим образом использовать пространственные, и временные свойства сигналов и помех, т. е. наиболее эффективно скомпоновать элементы приемных и передающих антенн (например, фазированных решеток) в отведенных областях пространства и в то же время оптимально сформировать и обработать все подводимые к антеннам и снимаемые с них электрические колебания. Нередко, однако, разработчик довольствуется и менее общими решениями, игнорирующими пространственные свойства сигналов и помех и оперирующими лишь с их временными характеристиками. Так происходит, например, в ситуациях, когда конфигурации антенных систем заданы заранее и не варьируются в процессе создания РТС либо когда функции формирования и обработки полей по времени и простран­ственным координатам удается разделить. Это допустимо в том случае, когда выполнено условие узкополостности пространственно-временного сигнала, означающее, что минимальная длина волны модулирующего колебания значительно больше раскрыва антенны. В этой постановке в качестве сигнала, помехи и результирующего эффекта их взаимодействия на приемной стороной рассматриваются уже не поля, а электрические колебания, наведенные соответствующими полями в приемной антенне. Таким образом, пространственно-временные колебания s (t, г), x (t, г) и у (t, г) заменяются временными зависимостями s(t), x(t) и y(t), причем

y(t) = F[s(t),X(t)]. (1.1)

Таким образом, под сигналом далее будем понимать функцию времени, в которую тем или иным способом «вложено» передаваемое сообщение. Приемной стороне (наблюдателю) сигнал доступен лишь в смеси с помехой, т. е. в виде колебания (1.1). Важнейшая задача теории - научить наблюдателя оптимально, т. е. с наивысшей достоверностью и минимуме ресурсов извлекать информацию, вложенную в сигнал, содержащийся в y(t). Под извлечением информации понимают такие процедуры, как обнаружение, оценка параметров, фильтрация и т. д., однако все они в конечном счете сводятся к различению сигналов, т. е. к установлению того, какой из возможных сигналов присутствует в y(t). Выполнив различение, наблюдатель, осведомленный заранее об алгоритме «вложения» сообщения в сигнал, т. е. о законе соответствия сигналов сообщениям, узнает и само сообщение.

В ряде случаев (пассивная локация, радиоразведка, радиоастрономия и т. п.) отправитель сообщения независим от создателя или пользователя РТС. При этом приложение статистической теории ограничено задачами оптимального приема (извлечения информации). В других случаях (полуактивная локация, передача информации, радионавигация, управление) отправитель в той или иной мере подчинен разработчику и последний обязан придерживаться системного подхода, предусматривая совместно с оптимальным приемом рациональный выбор, как самих сигналов, так и способов кодирования, т. е. сопоставления сигналов сообщениям.

Проблеме оптимального выбора сигналов и способов кодирования в статистической теории РТС принадлежит исключительное место, поскольку от грамотности и обоснованности соответствующих решений при создании конкретных РТС существенно зависят и тактические, и технические, и экономические показатели последних. Вместе с тем логика оптимизации сигналов непостижима в отрыве от теории оптимального приема, поэтому далее вопросы оптимизации сигналов изучаются в общем контексте с различением, оценкой параметров и разрешением сигналов.