Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лекции / Lektsia_7_TORT_22_A.pptx
Скачиваний:
33
Добавлен:
24.05.2023
Размер:
1.42 Mб
Скачать

Санкт- Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича

Кафедра «Теоретических основ телекоммуникаций»

Выполнение свертки в частотной области

Согласно свойства преобразования Фурье свертке во временной области соответствует перемножение спектров двух сигналов в частотной области.

ys ,g ( t ) s( t ) g( t )

Ys ,g ( j ) S( j ) G( j ).

s(t)

S(jω)

 

ППФ

 

y(t)

 

X

 

ОПФ

ППФ

G(jω)

 

g(t)

 

Если второй сигнал является зеркальной комплексно-сопряженной копией первого сигнала , то результатом свертки таких сигналов является АКФ сигнала.

ТОРТ

Лекция #7

21

 

 

Передаточная функция линейной системы. Характеристики в частотной области.

сигнал

Преобразование

Спектральная плотность сигнала

 

 

s(t)

Фурье

S(jω)

 

Комплексная частотная характеристика линейной системы.

 

oo

 

 

Частотная

k(t) <==> K(j ω)

K ( jw) k(t)e

jwt

dt

 

передаточная функция

 

oo

 

 

 

Комплексная передаточная функция линейной цепи вследствие справедливости принципа суперпозиции позволяет анализировать прохождение сложного сигнала через цепь, разлагая его в спектр на гармонические составляющие.

Спектральный метод анализа.

Sy ( j ) Ss ( j ) K( j )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K( j ) g( t )e j t dt

 

K( j )

 

e j arg[ K (

j )]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K( j )

 

 

Re2 [ K( j )] Im2 [ K( j )]

 

 

 

H ( j ) g(t)e j t dt

 

H ( j )

 

e j arg H ( j )

 

 

 

 

 

 

 

 

arg[ K( j )] ( ) arctg Im[ K( j )]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re[ K( j )]

 

 

 

 

 

x(t)

 

 

 

 

 

 

 

y(t)

ППФ

 

H(jω)

 

ОПФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X(jω)

 

Y(jω)

Y ( j ) X ( j )H ( j )

yx ,g ( t ) x( t ) g( t )

Yx ,g ( j ) X( j ) H( j ).

ТОРТ

Лекция #7

23

Спектральный метод анализа

Y( j ) Y ( )e j ( ) X( j ) H( j ) X( )H( )e j [ X ( ) H ( )] .

Y ( ) Y ( j ) ( ) arg[Y( j )]

X( ) X( j ) X ( ) arg[ X( j )] H( ) H( j ) H ( ) arg[ H( j )].

АЧС и ФЧС на выходе АЧС и ФЧС на входе АЧХ и ФЧХ системы

Так как импульсная характеристика g(t) вещественная, то

 

 

H( j ) H* ( )

 

 

H( j )

 

 

 

H( j )

 

H( ) H( )

АЧХ четная функция частоты

 

 

 

 

H ( ) H ( )

ФЧХ нечетная функция частоты

Фазовая задержка при прохождении сигнала через линейную систему.

x( t ) Acos( t 0 )

y( t ) A H( j ) cos[ t H ( ) 0 ] A H( ) cos[ { t H ( ) } 0 ]H( j ) x( t H ( ) ) H( j ) x[t ( )]

( ) H ( )

ТОРТ

Лекция #7

24

Групповая задержка при прохождении сигнала через линейную систему - групповое время запаздывания огибающей.

x( t ) U( t )cos[ t ( t )]

Узкополосный сигнал

zx ( t ) U( t )e

j [ t ( t )]

 

 

 

Аналитический сигнал соответствующий x(t)

H( j ) H( j ) e j [ H ( 0 ) ( 0 )( 0 )]

( ) d H ( )

Z y ( j ) Zx ( j )H( j ) H( j ) e j [ H ( 0 ) ( 0 ) 0 ] Z x ( j )e j ( 0 )

zy ( t ) U [t ( 0 )]e j{ 0 [ t ( 0 )] [( t ( 0 )]} H( j 0 ) e j [ H ( 0 ) ( 0 ) 0 ]H( j 0 ) U [t ( 0 )]e j{ 0 [ t ( 0 )] [( t ( 0 )]}

y( t ) Re[ zу ( t )]

H( j 0 ) U [( t ( 0 )] cos{ 0 [( t ( 0 )] [( t ( 0 )]}

ТОРТ

Лекция #7

25

Санкт- Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича

Кафедра «Теоретических основ телекоммуникаций»

Спектральный метод

Sвых ( j ) Sвх ( j ) K( j )

 

Sвх ( j )

 

e j вх ( )

K( j )

 

e j ( ) Sвх ( )

 

K ( j )

 

j

 

( ) ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

вх

 

 

 

АЧС ФЧС на входе АЧХ ФЧХ цепи АЧС

 

ФЧС на выходе

Фазовая задержка сигнала. Задержка опорного (несущего) колебания.

x(t) A cos( t x )

y(t) A K( j ) cos t x

( )

A

 

K( j )

 

cos

 

t

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K( j )

 

x t

 

 

 

K( j )

 

x t ô ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

 

 

(

 

 

 

( )

 

 

 

 

 

 

 

 

ô

( )

( )

 

 

 

 

 

(t) (t)

ô

( ô)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт- Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича

Кафедра «Теоретических основ телекоммуникаций»

Спектральный метод

Sвых ( j ) Sвх ( j ) K( j )

 

Sвх ( j )

 

e j вх ( )

K( j )

 

e j ( ) Sвх ( )

 

K ( j )

 

j

 

( ) ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e

вх

 

 

 

АЧС ФЧС на входе АЧХ ФЧХ цепи АЧС

 

ФЧС на выходе

y( t ) Y ( j ) y( t )e j t dt

 

Расчет импульсной характеристики

N

d

( n )

y(t)

M

d

( m )

x(t)

an

 

 

= bm

 

 

 

dt

( n )

 

dt

( m )

n 0

 

 

 

m 0

 

 

 

y( t ) yсвободное ( t ) yвынужденное ( t )

N

y

св

( t )

A e pn t

Решение однородного дифф. уравнения

 

 

n

 

 

 

n 0

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

an sn = 0

 

 

 

 

n 0

N

d

( n )

y(t)

 

an

 

 

= 0

 

dt

( n )

n 0

 

 

 

 

Санкт- Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича

Кафедра «Теоретических основ телекоммуникаций»

Расчет импульсной характеристики линейной динамической системы

Дифференциальное уравнение динамики линейной системы уравнения (уравнение состояния)

N

d

( n )

y(t)

M

d

( m )

x(t)

 

an

 

 

= bm

 

 

;

 

dt

( n )

 

dt

( m )

n 0

 

 

 

m 0

 

 

 

 

an fn ( Ri ,Lj ,Ck ), bm m ( Ri ,Lj ,Ck )

Постоянные коэффициенты,зависящие от величины R,L,C и способа их соединения в схему.

Общее решение есть суперпозиция свободного решения и вынужденного решения:

 

 

y( t ) yсвободное ( t ) yвынужденное ( t )

 

d

( n )

y(t)

 

 

N

 

 

 

 

N

 

y

A e pn t

Решение однородного дифф. уравнения

 

 

 

= 0

( t )

an

 

dt

( n )

свободное

 

n

 

при отсутствии кратных корней

 

 

 

 

 

 

n 0

 

 

характеристического уравнения :

n 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pn

 

 

N

 

 

= 0

 

 

 

 

Корни характеристического . уравнения:

an s

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

An Постоянные интегрирования , рассчитываемые с учетом начальных условий

 

 

K

A tk 1e pk t

 

 

 

 

 

 

 

 

yкратные корни ( t )

К – общее количество кратных корней характеристического уравнения

свободное

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yвынужденное ( t ) lim y( t )

Частное решение неоднородного дифф. уравнения

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт- Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича

Кафедра «Теоретических основ телекоммуникаций»

Пример расчета импульсной характеристики линейной динамической системы

По схеме цепи составим дифференциальное уравнение динамики линейной системы уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x( t ) u

L

( t ) u

 

( t ) u

 

( t ) L di( t )

Ri( t ) u

( t )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i( t ) C

du ( t )

C

dy( t )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

2

y( t )

 

 

 

dy( t )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x( t ) CL

 

 

 

CR

y( t )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Однородного дифференциальное уравнение :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CL

d 2 y(t)

CR

dy(t)

 

y( t ) = 0

a

 

CL, a

 

CR, a

 

1, b

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt2

 

 

dt

 

2

1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристическое уравнение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Корни характеристического уравнения:

 

 

 

 

 

 

 

 

CLs2 CRs 1 = 0 s2

 

 

R

s

1

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

R

 

 

 

R

2

1

 

 

 

 

p

 

 

 

R

 

 

 

R

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L CL

 

 

 

 

1

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

CL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

CL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

R 2

 

1

 

 

0 p1

 

R

 

w W1

 

 

 

 

p2

 

R

w W2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y ( t ) A eW1 t A eW2 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CL

2L

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ñâ

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R 2

 

 

1

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

ñâ

( t ) A e te j t A e te j t

 

 

 

 

 

 

 

 

0 p1

 

 

 

jw j

 

p2

 

 

 

 

 

jw j

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

CL

 

2L

 

 

2L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

2

 

 

1

0 p

R

 

 

 

 

p

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yñâ ( t ) A1e t A2e t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

CL

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт- Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича

Кафедра «Теоретических основ телекоммуникаций»

Спектральный метод

Групповая задержка сигнала. Задержка комплексной огибающей сигнала.

Для узкополосного сигнала (квазигармонического, модулированного) , огибающая и фаза которого определяется с использованием аналитического сигнала и преобразования Гильберта:

x(t) U(t) cos ot x (t)

 

 

 

 

 

zx (t)

 

U(t)e

j

 

t

 

(t )

 

 

 

 

 

( j )

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

x

 

Zx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K( j )

 

K( j 0 )

 

e

j ( )

 

 

( )( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÃÐ ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

ÃÐ 0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

(

)

 

 

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

(

)

 

Z y ( j ) Zx ( j )K( j )

 

K( j 0 )

 

e

 

 

Zx ( j )

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

ÃÐ

 

0

 

0

 

 

 

ÃÐ

 

0

 

 

Аналитический сигнал на выходе

 

 

ÃÐ

 

0

 

 

0

 

 

U t ( ) e

 

 

 

0

 

 

 

ÃÐ

0

 

 

 

ÃÐ

 

0

 

 

 

 

z (t) K( j ) e

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

0

 

 

 

 

j

 

 

(

 

)

 

 

 

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÃÐ

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

j

t

 

 

 

(

)

t

 

(

)

 

 

 

 

 

 

K( j ) U t

 

 

 

( )

e

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

ÃÐ

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

ÃÐ

 

0

 

 

 

 

 

 

 

j

 

t (

) t

 

(

 

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K( j ) U t

 

 

 

( )

e

 

 

 

 

 

0

 

Ô

 

0

 

 

 

 

 

ÃÐ

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

ÃÐ

 

0

 

 

 

 

 

 

 

j

 

t

 

 

(

)

t

 

 

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вещественный сигнал на выходе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y(t) Re z

(t)

 

 

K( j

)

 

U t

 

(

 

) cos

 

 

 

 

t

 

 

(

 

) t

 

 

(

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ÃÐ

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

Ô

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

ÃÐ

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт- Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича

 

 

Кафедра «Теории электрических цепей и связи»

 

 

Условие физической реализуемости

k(t) 0

t 0

Принцип каузальности (причинности)

Так как импульсная характеристика вещественная функция, а комплексная частотная характеристика есть ее преобразование Фурье , то:

K( j ) K* ( j )

 

 

K( j )

 

 

 

K * ( j )

 

( ) ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

K( j )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие физической реализуемости Пэли- Винера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример физически не реализуемой линейной системы. Идеальный ФНЧ.

 

 

0

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H H

K( j ) K e j t0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

H

sin

 

H

(t t

)

k(t)

 

 

 

0

 

 

 

H (t t0 )

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке лекции